第5章DSP的AD轉(zhuǎn)換器課件

第5章

DSP的A/D轉(zhuǎn)換器本章內(nèi)容：5.1240xA的A/D轉(zhuǎn)換器的特點5.2自動排序器原理5.3自動排序模式5.4ADC時鐘定標5.5ADC寄存器5.6ADC的C語言編程實例15.1240xA的A/D轉(zhuǎn)換器的特點

240xADSP控制器是一種16位單片機(Microcontroller)，即單片解決方案(SingleChipSolution),也是由CPU、存儲器、接口等組成。

DSP控制器片內(nèi)接口部件（也稱片內(nèi)外設(shè)）有數(shù)字I/O接口、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、事件管理器模塊、各種通信模塊（包括SCI串行通信接口、SPI串行外設(shè)接口、CAN控制器模塊等。2

240xADSP內(nèi)部有一個10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC（AnalogtoDigitalConverter)，可有16路模擬輸入信號,轉(zhuǎn)換時間可以在375ns以內(nèi)。16個結(jié)果寄存器RESULT0~15存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換器的特點（1）10位ADC內(nèi)核，帶有內(nèi)置采樣-保持電路。（2）375ns的轉(zhuǎn)換時間。（3）16個模擬輸入通道(ADCIN0~15)。（4）對16路模擬量進行“自動排序”。（5）2個獨立的8狀態(tài)排序器（SEQ1和SEQ2）－雙排序器，或級聯(lián)為16狀態(tài)排序器模式（SEQ）－單排序器。（6）在給定的排序模式下，4個排序控制器(CHSELSEQ1~4)決定模擬通道的轉(zhuǎn)換順序。（7）16個存放結(jié)果的寄存器(RESULT0～RESULT15)。3（8）有多個啟動ADC轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源：*軟件啟動*EVA事件管理器啟動(比較匹配、周期匹配、下溢、CAP3)*EVB事件管理器啟動(比較匹配、周期匹配、下溢、CAP6)*ADC的SOC引腳啟動（與XINT2引腳共用）（9）EVA和EVB可分別獨立地觸發(fā)SEQ1和SEQ2（僅用于雙排序器模式）（10）采樣/保持時間有單獨的預定標控制。（11）240xDSP的ADC模塊和24x的ADC模塊不兼容。4ADC模塊的寄存器地址 寄存器 名稱70A0hADCTRL1 ADC控制寄存器170A1hADCTRL2 ADC控制寄存器270A2hMAXCONV 最大轉(zhuǎn)換通道寄存器70A3hCHSELSEQ1 通道選擇排序控制寄存器170A4hCHSELSEQ2 通道選擇排序控制寄存器270A5hCHSELSEQ3 通道選擇排序控制寄存器370A6hCHSELSEQ4 通道選擇排序控制寄存器470A7hAUTO_SEQ_SR 自動排序狀態(tài)寄存器70A8hRESULT070B7h～RESULT15 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器0～1570B8hCALIBRATION 校準寄存器55.2自動排序器原理自動排序器可以對模擬通道的轉(zhuǎn)換順序進行排序。

ADC排序器由兩個8狀態(tài)排序器SEQ1和SEQ2組成，也可以級聯(lián)成一個16狀態(tài)排序器。這里的狀態(tài)指排序器中自動轉(zhuǎn)換的數(shù)量。排序器有兩種工作模式：單排序器即級聯(lián)模式，雙排序器模式。單排序器可以有16個轉(zhuǎn)換通道。雙排序器模式為兩個獨立的8狀態(tài)（或8通道）轉(zhuǎn)換。用戶也可對同一通道進行多次采樣，即“過采樣”，得到的采樣結(jié)果比傳統(tǒng)的單采樣結(jié)果分辨率高。6單排序器（級聯(lián)）模式下ADC模塊原理框圖7雙排序器模式下ADC模塊原理框圖8規(guī)定排序器的狀態(tài)如下：排序器SEQ1：CONV00-CON07排序器SEQ2：CONV08-CON15排序器SEQ：CONV00-CON15轉(zhuǎn)換觸發(fā)特性：SEQ1：軟件、EVA、外部引腳，優(yōu)先級高于SEQ2SEQ2：軟件、EVB，優(yōu)先級低于SEQ1SEQ：軟件、EVA、EVB、外部引腳每個排序所選的模擬通道由輸入通道選擇排序控制寄存器(CHSELSEQn，n=1~4)的CONVnn位域（4位長）所定義，可指定16通道中的任何一個。9ADC單操作模式和級聯(lián)操作模式比較特點單8狀態(tài)排序器1(SEQ1)單8狀態(tài)排序器2(SEQ2)級聯(lián)16狀態(tài)排序器(SEQ)開始轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(SOC)EVA,軟件,外部引腳EVB,軟件EVA,EVB,軟件,外部引腳最大轉(zhuǎn)換數(shù)(即排序器長度)8816自動停在排序器的結(jié)尾(EOS)是是是優(yōu)先級高低無效ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器0~78~150~15ADCCHSELSEQn位的分配CONV00~CONV07CONV08~CONV15CONV00~CONV15105.3自動排序模式1.不間斷的自動排序模式不間斷的自動排序模式（Uninterrupt

AutosequencedMode）即連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，在該模式下SEQ1/SEQ2能在一次排序過程中,對多達8個轉(zhuǎn)換通道進行自動排序。轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存到8個結(jié)果寄存器（SEQ1為RESULT0-7，SEQ2為RESULT8-15）。一次自動排序中完成的轉(zhuǎn)換數(shù)為MAXCONVn+1。在一個排序中的轉(zhuǎn)換個數(shù)受寄存器MAXCONV中的一個3位域或4位域MAXCONVn控制。它的值在自動排序轉(zhuǎn)換開始時被自動裝載到自動排序狀態(tài)寄存器（AUTO_SEQ_SR)中的排序計數(shù)器SEQCNTRn。

MAXCONVn位域的值在0～7或0~15之間，排序器從狀態(tài)CONV00開始轉(zhuǎn)換，SEQCNTRn位域從裝載值開始向下計數(shù)，直到SEQCNTRn為0。11CHSELSEQn各寄存器數(shù)值Bits5~12Bits11~8Bits7~4Bits3~03232CHSELSEQ1x0C76CHSELSEQ2xxxxCHSELSEQ3xxxxCHSELSEQ4例，采用SEQ1的雙排序模式下的轉(zhuǎn)換。設(shè)在SEQ1中有7路轉(zhuǎn)換，即ADCIN2和ADCIN3各兩次，ADCIN6、ADCIN7和ADCIN12各1次。則

CHSELSEQ1:0x3232

CHSELSEQ2:0x0C76 MAXCONV1:612一旦轉(zhuǎn)換啟動（SOC)觸發(fā)信號被排序器收到后，轉(zhuǎn)換立即開始，轉(zhuǎn)換通道數(shù)載入SEQCNTRn位域，按照CHSELSEQn寄存器指定的通道順序進行轉(zhuǎn)換。每個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，SEQCNTRn自動減1。當SEQCNTRn達到0時，將根據(jù)ADCTRL1寄存器的連續(xù)運行位（CONTRUN)狀態(tài)，發(fā)生以下事情：(1)如果CONTRUN位＝1，轉(zhuǎn)換排序自動再次啟動（即SEQCNTRn重載MAXCONV1中的初始值，且SEQ1狀態(tài)被置于CONV00）。在這種情況下，必須確保在下一次轉(zhuǎn)換排序之前讀取結(jié)果寄存器。在ADC模塊向結(jié)果寄存器寫入數(shù)據(jù)而用戶卻想從結(jié)果寄存器讀取數(shù)據(jù)時，ADC的仲裁邏輯確保結(jié)果寄存器不會崩潰。13(2)如果CONTRUN位＝0，則排序會停留在過去的狀態(tài)（例如CONV06），并且SEQCNTRn繼續(xù)保持0值。因為每次SEQCNTRn達到0時，中斷標志會被置1。如果需要，用戶可使用ADCTRL2寄存器的RSTSEQn位，在中斷服務(wù)程序中復位排序器，以便下一次轉(zhuǎn)換啟動時，SEQCNTRn可以重載MAXCONV1的初始值，且SEQ1狀態(tài)被設(shè)置為CONV00。這一特性在排序器的啟動/停止操作中很有用。142.排序器的啟動/停止模式除不間斷的自動排序模式外，任何一個排序器都可工作在啟動/停止模式。在此模式，可實現(xiàn)多個啟動轉(zhuǎn)換觸發(fā)在時間上同步。這種模式和上例基本相同，但是排序器完成一個轉(zhuǎn)換序列之后，可以在沒有復位到初始狀態(tài)CONV00情況下，被重新觸發(fā)。因此當一個轉(zhuǎn)換排序結(jié)束后，排序器停留在當前的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在這種方式下，ADCTRL1寄存器的連續(xù)運行位必須設(shè)置為禁止（寫0）。15事件管理器觸發(fā)排序轉(zhuǎn)換的例子例，排序器的啟動/停止操作。要求觸發(fā)1（定時器下溢）到來時，開始3個自動轉(zhuǎn)換(I1,I2,I3)。觸發(fā)2（定時器周期匹配）到來時，開始另外3個自動轉(zhuǎn)換(V1,V2,V3)。觸發(fā)事件1、2在時間上相差25微秒。16ADC輸入通道選擇控制寄存器CHSELSEQn設(shè)置Bits5~12Bits11~8Bits7~4Bits3~0V1I3I2I1CHSELSEQ1xxV3V2CHSELSEQ2xxxxCHSELSEQ3xxxxCHSELSEQ417復位和初始化之后，SEQ1等待觸發(fā)信號。第一個觸發(fā)信號到來之后，執(zhí)行CONV00(I1)、CONV01(I2)和CONV02(I3)這3個轉(zhuǎn)換，然后，SEQ1在當前狀態(tài)等待另一個觸發(fā)信號。當?shù)诙€觸發(fā)信號到來時，ADC模塊開始另外3個轉(zhuǎn)換，分別為CONV03(V1)、CONV04(V2)和CONV05(V3)。在這兩種觸發(fā)情況下，MAXCONV1的值被自動裝入到SEQCNTVn中。如果第二個觸發(fā)信號到來時，要求轉(zhuǎn)換的數(shù)目和第一個觸發(fā)時不一樣，則用戶必須在第二個觸發(fā)信號到來之前通過軟件改變MAXCONV1的值，否則ADC將重新使用原來的MAXCONV1的值。在兩個自動轉(zhuǎn)換完成后，ADC的結(jié)果寄存器的值如表所示。18ADC結(jié)果寄存器ADC結(jié)果寄存器ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC結(jié)果寄存器ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果RESULT0I1RESULT8xRESULT1I2RESULT9xRESULT2I3RESULT10xRESULT3V1RESULT11xRESULT4V2RESULT12xRESULT5V3RESULT13xRESULT6xRESULT14xRESULT7xRESULT15x193.輸入觸發(fā)描述不同排序器下的不同觸發(fā)源SEQ1(排序器1)SEQ2(排序器2)級聯(lián)排序器SEQ軟件觸發(fā)(軟件SOC)軟件觸發(fā)(軟件SOC)軟件觸發(fā)(軟件SOC)事件管理器A(EVASOC)事件管理器B(EVBSOC)事件管理器A(EVASOC)外部SOC引腳事件管理器B(EVBSOC)外部SOC引腳20排序轉(zhuǎn)換中的中斷操作模式4.排序器轉(zhuǎn)換中的中斷操作有三種情況，兩種中斷模式。第一種情況：兩次采樣的采樣數(shù)不一樣。模式l中斷操作(即每次EOS都產(chǎn)生中斷)。第二種情況：兩次采樣的采樣數(shù)一樣。模式2中斷操作(即每2次EOS產(chǎn)生1個中斷)。第三種情況：兩次采樣的采樣數(shù)一樣（虛讀）。模式2中斷操作(即每2次EOS產(chǎn)生1個中斷)。215.4ADC時鐘定標模數(shù)轉(zhuǎn)換過程分為兩個時段：采樣/保持時段，轉(zhuǎn)換時段，如圖所示。ADC轉(zhuǎn)換時間22240xADSP中ADC的采樣/保持（S/H）時間可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)輸入信號阻抗的變化，如圖所示。ADC模塊的時鐘預定標235.5ADC寄存器ADC控制寄存器1：ADCTRL1。ADC控制寄存器2：ADCTRL2。ADC最大通道轉(zhuǎn)換寄存器：MAXCONV。自動排序狀態(tài)寄存器：AUTO_SEQ_SR。ADC輸入通道排序寄存器:CHSELSEQ1~4。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖寄存器:RESULT0~15。241.ADC控制寄存器1：ADCTRL1位14RESET:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊軟件復位位。為1時復位ADC模塊。位13~12SOFT~FREE：仿真懸掛模式。位11~8ACQ_PS3~ACQ_PS0：采樣時間窗預定標位。位7CPS：內(nèi)核時鐘預分頻器。0:ACLK=CLK;1:ACLK=CLK/2位6CONTRUN：連續(xù)運行位。0:啟動/停止模式;1:連續(xù)轉(zhuǎn)換模式位5INTPRI：ADC中斷優(yōu)先級位。0：高優(yōu)先級位4SEQCASC：級聯(lián)排序器工作模式位。0:雙排序器模式。

1:級聯(lián)模式25位3CALENA,偏差校準使能。為1時使能偏差校準模式。位2BRGENA：橋使能位。位1HI/LO：VREFHI或VREFLO選擇位。位0STESTENA：自測功能使能位

。262.ADC控制寄存器2：ADCTRL2位15EVBSOCSEQ：級聯(lián)排序器模式下EVBSOC使能位。1:使能位14RSTSEQ1/STRT：復位排序器1位/啟動校準位。1:復位/啟動校準位13SOCSEQ1：開始轉(zhuǎn)換SOC觸發(fā)排序器1。為1開始轉(zhuǎn)換位12SEQ1BSY：SEQ1忙碌位。為1忙碌位11INTSEQ1Mode1：排序器SEQ1的中斷方式控制位。

位10INTSEQ1Mode0：排序器SEQ1的中斷方式控制位。

00：中斷禁止

01：中斷方式1.每一個EOS產(chǎn)生一次中斷

10：中斷方式2.每兩個EOS產(chǎn)生一次中斷11：保留位8EVASOCSEQ1：EVA對SEQ1產(chǎn)生SOC信號的屏蔽位。27位7EXTSOCSEQ1：外部信號啟動SEQ1轉(zhuǎn)換位。位6RSTSEQ2：復位排序器2。位5SOCSEQ2：啟動SEQ2轉(zhuǎn)換位。位4SEQ2BSY：SEQ2忙碌位。位3INTENASEQ2Mode1：SEQ2的中斷模式位。位2INTENASEQ2Mode0：SEQ2的中斷模式位。位0EVBSOCSEQ2：EVB對SEQ2產(chǎn)生SOC信號的屏蔽位。283.最大通道轉(zhuǎn)換寄存器：MAXCONV位6~0MAXCONVn：定義一次自動轉(zhuǎn)換最多可以轉(zhuǎn)換的通道個數(shù)。一次轉(zhuǎn)換的個數(shù)為MAXCONVn+1。（1）級聯(lián)方式(SEQ)：MAXCONV1-3~MAXCONV1-0取值0000-1111(0-15)轉(zhuǎn)換個數(shù)1-16.（2）雙排序器方式(SEQ1,SEQ2)：MAXCONV1-2~MAXCONV1-0（或MAXCONV2-2~MAXCONV2-0

）取值000-111(0-7)轉(zhuǎn)換個數(shù)1-8.294.自動排序狀態(tài)寄存器：AUTO_SEQ_SR位11~8SEQCNTR[3~0]：排序計數(shù)器狀態(tài)位。在轉(zhuǎn)換排序開始時，SEQCNTR[3~0]初始化為MAXCONV中的值。在一個自動轉(zhuǎn)換排序的每一個轉(zhuǎn)換之后，排序器的計數(shù)器減1。位6~0是排序器SEQ2和SEQ1的狀態(tài)指示。

305.狀態(tài)和標志寄存器：ADCST位15~8,保留位。位7,EOSBUF2：SEQ2的排序緩沖器結(jié)束位。位6,EOSBUF1：SEQ1的排序緩沖器結(jié)束位。位5,INTSEQ2CLR：SEQ2中斷清零位。讀出值為0。寫入1清零。位4,INTSEQ1CLR：SEQ1中斷清零位。讀出值為0。寫入1清零。31位3,SEQ2BSY：SEQ2忙狀態(tài)位。1：SEQ2忙。位2,SEQ1BSY：SEQ1忙狀態(tài)位?！：SEQ1忙。位1,INTSEQ2：SEQ2中斷標志位，寫入操作無效。在中斷模式0(ADCTRL2.2=0)下，該位在每一個SEQ2排序結(jié)束時置1；在中斷模式1(ADCTRL2.2=1)下，如果EOSBUF2=1，該位在SEQ2排序結(jié)束后置1。位0,INTSEQ1：SEQ1中斷標志位，寫入操作無效。在中斷模式0(ADCTRL2.10=0)下，該位在每一個SEQ1排序結(jié)束時置1；在中斷模式1(ADCTRL2.10=1)下，如果EOSBUF1=1，該位在SEQ1排序結(jié)束后置1。326.ADC輸入通道選擇寄存器:CHSELSEQ1~4每4位的CONVnn選擇16路模擬輸入通道中的一個作為自動排序的轉(zhuǎn)換通道。337.ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果緩沖寄存器:RESULT0~15寄存器RESULTn中10位轉(zhuǎn)換結(jié)果是左對齊的，即存放在16位寄存器的高10位。348.ADC校準結(jié)果寄存器LF240xDSP具有校準模式，CALIBRATION寄存器可用，而LF240xADSP沒有標定和自測試特性，CALIBRATION寄存器不可用。校準模式下可以計算ADC模塊的零、中值和最大值的偏置誤差。該偏置誤差的二進制補碼被載入CALBRATION寄存器后，ADC硬件自動將偏置誤差加到轉(zhuǎn)換值上。35校準結(jié)果寄存器的格式如下：校準結(jié)果寄存器中10位的校準值也是左對齊的，即存放在16位寄存器的高10位。365.6ADC的C語言編程實例

例，A/D轉(zhuǎn)換程序。采用雙排序器模式，排序器SEQ1對兩個模擬輸入通道ADCIN0和ADCIN1的幅度在0~3.3V范圍的電壓信號進行自動轉(zhuǎn)換。排序器采用定時器T1的周期中斷標志作為觸發(fā)啟動轉(zhuǎn)換信號。讀取模擬量的轉(zhuǎn)換結(jié)果并存儲到兩個長度為256的數(shù)組nADCIn0[]和nADCIn1[]中。

37#include“f2407_c.h” //2407頭文件#defineADCN256 //數(shù)組長度voidinterruptgptimer1(); /*T1中斷服務(wù)程序，設(shè)置保存標志*/voidADT1Init(void); /*初始化ADC和T1*/unsignedint

uWork,nADCount; //全局變量定義int

nNewConvert; //轉(zhuǎn)換次數(shù)計數(shù)unsignedintnADCIn0[ADCN]; //通道ADCIN0轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)組unsignedintnADCIn1[ADCN]; //通道ADCIN1轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)組main() //主函數(shù){nNewConvert=0;WDCR=0x6f; /*關(guān)閉看門狗*/SCSR1=0x02fe; /*設(shè)置時鐘頻率40MHz，2倍頻,打開所有外設(shè)*/38WSGR&=0xfe3f; /*設(shè)置I/O等待狀態(tài)為0*/ADT1Init(); /*初始化ADC和T1*/IMR=2; /*使能定時器周期中斷，INT2*/IFR=0xffff; /*清除中斷標志*/asm(“CLRCINTM”); /*開中斷*/while(1){if(nNewConvert) /*若標志為1，則轉(zhuǎn)換*/{nNewConvert=0; /*清轉(zhuǎn)換標志*/uWork=RESULT0; /*取ADCIN0通道轉(zhuǎn)換結(jié)果RESULT0*/uWork>>6; /*移位去掉低6位*/nADCIn0[nADCount]=uWork; /*保存結(jié)果*/ uWork=RESULT1; /*取ADCIN1通道轉(zhuǎn)換結(jié)果RESULT1*/uWork>>6; /*移位去掉低6位*/nADCIn0[nADCount]=uWork; /*保存結(jié)果*/ if(nADCount>=ADCN)

nADCount=0; /*緩