單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用電子教案 1.ADC基礎(chǔ)知識(shí)

課時(shí)教案課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)與應(yīng)用-基于CC2530的ZigBee技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課題ADC基礎(chǔ)知識(shí)課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)：1.掌握ADC的轉(zhuǎn)換過(guò)程2.掌握CC2530ADC模塊主要特征3.掌握ADC相關(guān)寄存器及其設(shè)置4.掌握ADC中的相關(guān)概念技能：1.會(huì)分析ADC工作原理及轉(zhuǎn)換過(guò)程2.會(huì)設(shè)置ADC相關(guān)寄存器素質(zhì)：1.具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，形成扎實(shí)、優(yōu)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能結(jié)構(gòu)。2.具備自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。重點(diǎn)ADC相關(guān)寄存器及其設(shè)置難點(diǎn)CC2530ADC模塊分析教法小組合作問(wèn)題探究學(xué)法自主探究教具試驗(yàn)多媒體、PPT課件教學(xué)過(guò)程問(wèn)題設(shè)計(jì)及知識(shí)點(diǎn)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)（問(wèn)題與任務(wù)）ADC基礎(chǔ)知識(shí)一、電信號(hào)電信號(hào)的定義：電信號(hào)是指隨著時(shí)間而變化的電壓或電流。信息通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行傳送、交換、存儲(chǔ)、提取等。由于非電的物理量可以通過(guò)各種傳感器較容易地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而電信號(hào)又容易傳送和控制，所以電信號(hào)成為應(yīng)用最廣的信號(hào)。電信號(hào)的分類：電子電路中的信號(hào)均為電信號(hào)，一般也簡(jiǎn)稱為信號(hào)。電信號(hào)的形式是多種多樣的，可以從不同的角度進(jìn)行分類。根據(jù)信號(hào)的隨機(jī)性可以分為確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)；根據(jù)信號(hào)的周期性可分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)；根據(jù)信號(hào)的連續(xù)性可以分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散信號(hào)；在電子線路中將信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。1.模擬信號(hào)在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號(hào)叫模擬信號(hào)。如溫度、濕度、壓力、長(zhǎng)度、電流和電壓等都是模擬信號(hào)。2.數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號(hào)叫數(shù)字信號(hào)。把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路叫數(shù)字電路。模擬量是連續(xù)的量，數(shù)字量是不連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)：1）一般都采用二進(jìn)制。2）抗干擾能力強(qiáng)、精度高。3）數(shù)字信號(hào)便于長(zhǎng)期存貯，使大量可貴的信息資源得以保存。2.ADC工作原理1）A/D轉(zhuǎn)換的基本工作原理圖：2）A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化和編碼4個(gè)過(guò)程。采樣：是指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來(lái)代替原來(lái)在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào),也就是在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化，所以采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。保持：要把一個(gè)采樣輸出信號(hào)數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號(hào)保持一段時(shí)間，這就是保持。量化：是用有限個(gè)幅度值近似原來(lái)連續(xù)變化的幅度值,把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼：則是按照一定的規(guī)律,把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示?？傊?，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程實(shí)際就是：采樣在時(shí)間軸上對(duì)信號(hào)數(shù)字化；保持將采樣所得字化信號(hào)穩(wěn)定；量化在幅度值上對(duì)信號(hào)數(shù)字化，編碼按一定格式記錄采樣和量化后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。三、CC2530的ADC模塊CC2530的ADC模塊支持最高14位二進(jìn)制的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，具有多達(dá)12位的ENOB（有效數(shù)據(jù)位）。它包括一個(gè)模擬多路轉(zhuǎn)換器（具有多達(dá)8個(gè)各自可配置的通道）以及一個(gè)參考電壓發(fā)生器。轉(zhuǎn)換結(jié)果可以通過(guò)DMA寫入存儲(chǔ)器，也可以直接讀取ADC寄存器獲得。CC530的ADC模塊有如下主要特征：可選取的抽取率，設(shè)置分辨率（7~12位）；8個(gè)獨(dú)立的輸入通道，可接收單端或差分信號(hào)；參考電壓可選為內(nèi)部單端、外部單端、外部差分或AVDD5；單通道轉(zhuǎn)換結(jié)束可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；序列轉(zhuǎn)換結(jié)束可發(fā)出DMA觸發(fā)；可將片內(nèi)溫度傳感器作為輸入；電池電壓測(cè)量功能；ADC模塊的采樣頻率為4MHz。四、ADC相關(guān)寄存器與ADC相關(guān)的寄存器主要有：1）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器：ADCH、ADCL。ADCH：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位ADCL[7:2]：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的低6位2）控制寄存器：ADCCON1、ADCCON2、ADCCON3。ADCCON1的EOC：一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束，此位置1，讀取后清零。ADCCON1的ST：此位置1且ADCCON1的STSEL為11，且沒(méi)有轉(zhuǎn)換在運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換序列；該序列結(jié)束，此位清零。ADCCON2寄存器控制轉(zhuǎn)換序列的執(zhí)行。ADCCON3寄存器控制單個(gè)轉(zhuǎn)換的通道號(hào)碼，參考電壓和抽取率；該寄存器寫入后立即生效，或在當(dāng)前轉(zhuǎn)換序列執(zhí)行結(jié)束后立即生效。3）端口配置寄存器APCFG。當(dāng)使用ADC時(shí)，端口0引腳必須配置為ADC輸入，可以使用多達(dá)8個(gè)ADC輸入引腳，要配置一個(gè)端口0引腳為一個(gè)ADC輸入，APCFG寄存器中相應(yīng)位必須設(shè)置為1。APCFG寄存器的設(shè)置將覆蓋P0SEL的設(shè)置。4）測(cè)試寄存器TR0和模擬測(cè)試控制寄存器ATEST。除了輸入引腳AIN0-AIN7，片上溫度傳感器的輸出也可以選擇作為ADC的輸入，用于溫度測(cè)量，為此必須設(shè)置寄存器TR0和ATEST。五、ADC模塊的信號(hào)輸入端口0引腳可以配置為ADC輸入端，依次為AIN0～AIN7。1）輸入端可配置為單端輸入或差分輸入。2）差分輸入對(duì)：AIN0～AIN1、AIN2～AIN3、AIN4～AIN5、AIN6～AIN7。3）片上溫度傳感器的輸出也可以作為ADC的輸入用于測(cè)量芯片的溫度。4）可以將一個(gè)對(duì)應(yīng)AVDD5/3的電壓作為ADC的輸入，實(shí)現(xiàn)電池電壓測(cè)量。5）負(fù)電壓和大于VDD的電壓都不能用于P0這些引腳。6）單端電壓輸入AIN0～AIN7，以通道號(hào)碼0～7表示。7）四個(gè)差分輸入對(duì)則以通道8～11表示。8）溫度傳感器的通道號(hào)碼為14。9）AVDD5/3電壓輸入的通道號(hào)碼為15。六、ADC中的相關(guān)概念1.序列ADC轉(zhuǎn)換可以按序列進(jìn)行多通道的ADC轉(zhuǎn)換，并把結(jié)果通過(guò)DMA傳送到存儲(chǔ)器，而不需要CPU任何參與。2.單通道ADC轉(zhuǎn)換在程序設(shè)計(jì)中，通過(guò)寫ADCCON3寄存器觸發(fā)單通道ADC轉(zhuǎn)換，一旦寄存器被寫入，轉(zhuǎn)換立即開(kāi)始。3.參考電壓內(nèi)部生成的電壓、AVDD5引腳、適用于AIN7輸入引腳的外部電壓，或者適用于AIN6～AIN7輸入引腳的差分電壓。4.ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果與中斷1）轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示。對(duì)于單端，結(jié)果總是正的。對(duì)于差分配置，兩個(gè)引腳之間的差分被轉(zhuǎn)換，可以是負(fù)數(shù)。2）當(dāng)ADCCON1.EOC設(shè)置為1時(shí)數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果可以讀取，其轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在ADCH和ADCL寄存器中有效數(shù)字字段中。5.中斷請(qǐng)求1）通過(guò)寫ADCCON3觸發(fā)一個(gè)單通道轉(zhuǎn)換完成時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)中斷。2）完成一個(gè)序列轉(zhuǎn)換時(shí)，ADC將產(chǎn)生一個(gè)DMA觸發(fā)，而不產(chǎn)生中斷。學(xué)生總結(jié)回答關(guān)于電信號(hào)的相關(guān)知識(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生分析ADC工作原理小組合作總結(jié)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程小組合作探究CC2530ADC模塊，理解ADC模塊的主要特征小組合作掌握ADC相關(guān)寄存器及其設(shè)置教師指導(dǎo)學(xué)生理解ADC模塊的信號(hào)輸入，理解其應(yīng)用小組合作探究ADC的相關(guān)概念，教師指導(dǎo)、評(píng)價(jià)新知應(yīng)用1.ADC轉(zhuǎn)換的工作原理，ADC在日程生活中的應(yīng)用。2.描述CC2530ADC模塊的工作原理3.總