MSP430模数转换ADC

《MSP430模数转换ADC》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MSP430模数转换ADC（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,第七讲 模/数转换（ADC）第一节 概述 第二节 模/数转换器 第三节 采样保持器和多路模拟开关,本章教学目标： 1、了解ADC的基本概念 2、MSP430 ADC12的原理与基本应用,2,第一节 概述,计算机测量控制系统,3,计算机,多 路 开 关,传 感 器 1,放 大 器 1,滤 波 器 1,模拟 量 1,采样保持,A / D,传 感 器 n,放 大 器 n,滤 波 器 n,模拟 量 n,数据采集系统,与本课程相关部分,音频、视频信号,数字通信,4,第二节 模/数转换器 一、A/D 转换器的基本原理 二、MSP430 ADC12介绍,5,一、A/D 转换器的基本原理,模拟输入量,数字

2、输出量,000,001,010,011,000,001,010,011,1v,2v,3v,4v,5v,6v,7v,A/D转换器,量化,6,工作原理,特点,计数式,结构简单、,转换速度慢、精度低，实际少用,双积分式,精度高、转换速度慢、抗干扰性能好,逐次逼近式,转换速度较快、精度较高,实际常用、抗干扰性能不如积分式,高速并行式,转换速度快,价格高，精度低,A/D转换器分类,式,7,1分辨率：指A/D转换器所能分辨的最小模拟输入量，通常用A/D的位数表示。如：8位A/D的分辨率为8位，10位A/D的分辨率为10位,2转换精度：指实际输入的模拟值与理论输入的模拟值（根据A/D输出推算）之间的偏差。常

3、用数字量最低有效位 LSB 的几分之几表示。,3转换时间和转换速度：转换时间指完成一次A/D转换所需的时间，从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。转换速度是转换时间的倒数。,A/D转换器的主要技术指标,8,逐次逼近式A/D转换器原理图,-,+,D/A,转换器,输出缓冲器,控制 电路,启动信号 START,CLK 时钟,EOC 转换结束信号,D,7,D,0,比较器,模拟输入,数字输出 NADC,Vin,OE 输出使能信号,SAR,VREF,VDA,9,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,0,1,0,

4、1,0,0,0,1,0,D7,D6,D5,D4,D0,D1,D3,D2,10,A/D转换器的典型信号、电源、地,A/D 转换器,模拟量输入信号,A/D转换启动信号,数字量输出,A/D转换完成信号,输出使能信号,ADC时钟,电源,模拟地,数字地,参考电源,11,A/D转换的启动,电平启动,高电平启动,低电平启动,脉冲沿启动,上升沿启动,下降沿启动,启动方法,软件启动,硬件启动,启动信号,12,CPU 对 ADC 转换结果的读取方式,程序延时方式程序查询方式中断方式,13,二、MSP430 ADC12介绍,ADC12模块是一个转换速度高达200ksps、采样时间可编程的12-bit逐次逼近型模数转

5、换器。由12-bit的SAR核、采样保持电路、模拟开关、参考电压产生与选择电路、ADC时钟选择电路、采样与转换控制电路、16个转换结果存储缓冲器及其对应的16个存储控制寄存器、中断系统、片上集成温度传感器等组成。 ADC12可以在没有CPU的参与下，独立实现多达16次的采样、转换和存储操作。ADC12模块可以独立断电，以便于低功耗设计。 MSP430X13X,MSP430X14X,MSP43015X和MSP430X16X等芯片中均有ADC12模块。,14,ADC12模块,15,12-BIT SAR ADC,参 考电压源,时钟电路,采样/保持器,模 拟 开 关,采样与转换控制电路,结果存储缓冲器

6、 与 相应的控制寄存器,MSP430 ADC12 原理框图,16,2.4 10位A/D转换,MSP430系列单片机内部集成了ADC，这为工程师在设计硬件电路时提供了很大的方便。不同的单片机中集成了不同类型的ADC，有精度高但速度慢的SD16，有适用于多通道采集的ADC12，也有适用于高速度采集的ADC10。在MSP430G2系列单片机内部通常集成的是10位ADC。,ADC10的特点 ADC10 是MSP430单片机的片上模数转换器，其转换位数为10比特，该模块内部是一个SAR型的AD内核，可以在片内产生参考电压，并且具有数据传输控制器。数据传输控制器能够在CPU 不参与的情况下，完成AD数据向

7、内存任意位置的传输。它具有如下特点：,17, 最大转换速率大于 200ksps 转换精度为10位 采样保持器的采样周期可通过编程设置 可利用软件或者TimerA设置转换初始化 编程选择片上电压参考源，选择1.5V或者2.5V 编程选择内部或者外部电压参考源 8个外部输入通道 具备对内部温度传感器、供电电压 VCC 和外部参考源的转换通道 转换时钟源可选择 多种采样模式：单通道采样、序列通道采样、单通道重复采样、序列通道重复采样 提供自动数据传输方法 ADC 的内核和参考源可分别单独关闭,18,19,20,ADC10的结构与原理 图(前页)是ADC10模块的结构框图。从图中可以看出ADC10有1

8、6个采样通道A0A15，其中A0到A7是外部采样通道，A10是对内部温度传感器的采样通道。,21,ADC10模块工作的核心是ADC10的核，即图中的10-bit SAR。ADC10的核将模拟量转换成10位数字量并储存在ADC10MEM寄存器里。这个核使用VR+和VR-来决定转换模拟值的高低门限。当输入电压超过VR+时它会停在03FFh上，当输入门限低于VR-时它会停在0上。采样值的计算公式为： 下面将对ADC10模块的配置和操作进行介绍。,22,（1）转换时钟选择 ADC10CLK需要可作为转换时钟也可作为产生采样周期的时钟，ADC10CLK可通过ADC10SSELx位进行选择，通过ADC10

9、DIVx进行分频。可供选择的ADC10CLK时钟源是SMCLK，MCLK，ACLK或者是内部晶振ADC10OSC。ADC10OSC最大可达到5MHZ，但是会根据具体片子的不同而有所差别，详见数据手册。,23,用户必须确保ADC10CLK的时钟处于开启状态，否则转换将无法开始。 ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_3+ADC10DIV_0;/时钟源选择SMCLK，1分频 ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_1+ADC10DIV_7;/时钟源选择ACLK，8分频,24,（2）ADC10的输入和复用 八个外部和四个内部模拟信号可被选择为输入的通道，他们通过复用器共同作为转换器的前

10、端。不被选中的通道将被与转换核心剥离。当模拟信号输入到ADC的CMOS输入门时寄生电流会从VCC到地变化。禁止端口输入端缓冲可以减少寄生电流。8位的ADC10AE寄存器可以对应开启或关闭8个外部采样通道。 ADC10AE0 |= 0x15; /开启外部通道0，/通道2和通道4,MSP430F22xx才有四个通道,25,（3）电压参考产生 寄存器SREFx可选择ADC10模块的电压参考源。ADC10模块含有内部电压参考源。使用内部参考源时，令SREFx=001（B），则ADC10模块电压参考源选择内部电压参考，同时将REFON置1使能内部参考源。,26,当REF2_5V=1时，内部参考源电压是2

11、.5V。当REF2_5V=0时，参考值是1.5V。如果将REFOUT=1可向外输出参考源电压。 ADC10CTL0 |= SREF_1+REFON+REF2_5V; /选择并使能内部参考源，电压2.5V,27,（4）采样和转换时间 ADC10转换可以被SHI信号的上升沿所触发，SHI信号可以被SHSx位所选择为：ADC10SC位、TIMER_A.OUT1、TIMER_A.OUT0和TIMER_A.OUT2。,28,采样延时可通过SHTx位进行选择，时间可以是4，8，16，64个ADC10CLK周期。当SAMPCON置高时，采样定时器计时采样时间等于SAMPCON由高到低的时间，采样完后开始转化

12、，大约需要13个ADC10CLK的时间进行转化。如图3.3.2所示,29,如图3.3.2所示 采样过程的时序图。,30,ADC10转换模式 ADC10有四个操作模式可以通过一个两位的寄存器CONSEQx被选择。具体情况如下表：,31,1. 单通道单次采样模式 单个被INCHx所选中的通道x被采样并转换一次。 2. 序列通道采样模式 3. 单通道重复采样模式 4. 序列通道重复采样模式,32,ADC10寄存器 ADC10的寄存器如表2所示。,下面对常用的部分寄存器进行介绍。,33,1. ADC10CTL0 ADC10CTL0寄存器结构如图3.3.7所示。只有ENC=0时ADC10CTL0的内容才

13、能被修改。,SREFx： 基准源选择位 000 VR+=Vcc VR-=Vss 001 VR+=VREF+ VR-=Vss 010 VR+=Veref+ VR-=Vss 011 VR+=BufferedVeREF+ VR-=Vss,34,SREFx： 基准源选择位 100 VR+=Vcc VR-=VREF-/VeREF- 101 VR+= VREF+ VR-=VREF-/VeREF- 110 VR+= VeREF+ VR-=VREF-/VeREF- 111 VR+=BufferedVeREF+ VR-=VREF-/VeREF-,35,ADC10SHTx： ADC10采样和保持时间设置位 00

14、4个ADC10CLK周期 01 8个ADC10CLK周期 10 16个ADC10CLK周期 11 64个ADC10CLK周期,36,ADC10SR： ADC10采样率设置位。该位的选择参考缓冲器驱动能力的最大采样率。 设置ADC10SR可降低基准缓冲器的电流消耗。 0 参考缓冲器支持高达200 ksps的采样速度 1 参考缓冲器支持高达50 ksps的采样速度,37,REFOUT： 参考源输出控制位 0 参考源输出关闭 1 参考源输出开启 REFBURST： 可利用此位降低功耗 0 参考源一直开启 1 只有在采样和转换时开启参考源,38,MSC：多重采样和转换。这一位只用于序列或重复采样模式。 0 SHI信号的上升沿触发每个采样和转换。 1 SHI信号的第一个上升沿触发采样定时器，但是进一步的采样和转换只有在前一次的转换完成时才进行。,39,REF2_5V ： 参考源电压选择位，更改时REFON必须开启 0 参考源电压1.5V 1 参考源电压2.5V REFON： 参考源开关 0 参考源关闭 1 参考源开启,