無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用 課件 項(xiàng)目11 ADC采集芯片內(nèi)溫度

項(xiàng)目十一

ADC采集芯片內(nèi)溫度目錄項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目分析知識(shí)儲(chǔ)備01030204項(xiàng)目實(shí)施拓展訓(xùn)練0506項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目導(dǎo)入在某次食品安全檢查中，檢查人員中使用一個(gè)溫度計(jì)檢測(cè)餐廳每一樣菜肴樣品的溫度，以確保其在安全溫度范圍內(nèi)，目的是防止食品中毒和細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。項(xiàng)目導(dǎo)入

如果發(fā)現(xiàn)食品的溫度不在安全范圍內(nèi)，則可以采取必要的措施來(lái)恢復(fù)溫度或丟棄不安全的食品。在這種情況下，溫度自檢可以幫助確保食品的質(zhì)量和安全性。工業(yè)設(shè)計(jì)里面也有同樣的溫度檢查操作，并且往往是設(shè)備以定期自檢的形式，檢查設(shè)備、板卡或芯片的內(nèi)部溫度是否超出了范圍。一旦檢測(cè)到器件或設(shè)備的溫度出現(xiàn)異常，則產(chǎn)生報(bào)警信息并執(zhí)行處理措施。CC2530在實(shí)際應(yīng)用中，芯片的溫度值可以用來(lái)監(jiān)控芯片的工作狀態(tài)和環(huán)境溫度，以及進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)炔僮鳌Ｋ且豢顜в袃?nèi)置溫度傳感器的芯片，可通過(guò)ADC采集芯片內(nèi)部的溫度值。CC2530的溫度測(cè)量范圍為-40°C到125°C，精度為±3.5°C。用戶可以通過(guò)讀取ADC寄存器的值來(lái)獲取芯片溫度的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和控制。本項(xiàng)目通過(guò)CC2530的ADC模塊采集芯片的內(nèi)部溫度，模擬工業(yè)器件的自檢場(chǎng)景。項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目分析02將時(shí)間和幅值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化為時(shí)間和幅值離散的數(shù)字量，這一過(guò)程叫A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化、編碼4個(gè)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能的是單片機(jī)或其它器件里面的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱為ADC。CC2530的ADC支持14位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，其中12位為有效數(shù)字位；它包括一個(gè)模擬多路轉(zhuǎn)換器，8個(gè)各自可配置的ADC通道以及一個(gè)參考電壓發(fā)生器。將片上溫度傳感器的輸出選擇作為ADC的輸入，即可用于CC2530的片內(nèi)溫度測(cè)量。項(xiàng)目分析項(xiàng)目要求:

AD采集CC2530的片內(nèi)溫度并通過(guò)串口發(fā)送到PC的串口助手顯示出來(lái)。1.利用ADC來(lái)采集溫度傳感器（片內(nèi)），并將溫度值發(fā)給電腦顯示2.了解CC2530的片內(nèi)ADC的功能3.學(xué)會(huì)使用CC2530片內(nèi)溫度傳感器項(xiàng)目分析項(xiàng)目目標(biāo)

03掌握CC2530的ADC控制寄存器的配置學(xué)會(huì)使用CC2530的ADC進(jìn)行片內(nèi)溫度采樣知識(shí)儲(chǔ)備04本來(lái)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是獲得CC2530片內(nèi)溫度的AD值，二是把AD值轉(zhuǎn)成溫度值。項(xiàng)目中，AD值獲取設(shè)置為12位。值得注意的是，ADCL和ADCH寄存器是用MSB取值，即有效的12位數(shù)值在ADCL和ADCH寄存器中均靠左放置。要將這兩個(gè)8位寄存器的數(shù)值聯(lián)結(jié)得到一個(gè)16位的AD數(shù)據(jù)，需要在程序中將ADCL的數(shù)值右移4位后，再跟ADCH的8位數(shù)值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為16位后左移4位的值做并運(yùn)算。但CC2530的原廠例程中是：ADCL>>2，ADCH<<6，這點(diǎn)已證實(shí)錯(cuò)誤。ADC的值如何轉(zhuǎn)為溫度值？CC2530的芯片手冊(cè)給出了25°C時(shí)，對(duì)應(yīng)的12位ADC值為1480。手冊(cè)給出了溫度系數(shù)，數(shù)值為4.5/10°C。手冊(cè)中溫度系數(shù)中10°C該處也證實(shí)手冊(cè)有誤，正確應(yīng)為1°C，并且根據(jù)傳感器中溫度系數(shù)的定義，手冊(cè)中完整的溫度系數(shù)應(yīng)更正為：4.5ppm/1°C，即25°C時(shí)，ADC值為1480，溫度每上升1°C，AD值增加4.5%。這也是ADC值轉(zhuǎn)化為溫度值的依據(jù)。知識(shí)儲(chǔ)備

知識(shí)儲(chǔ)備一、CC2530內(nèi)置ADC的特點(diǎn)二、ADC輸入端與采樣率設(shè)置三、ADC運(yùn)行模式四、ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果知識(shí)儲(chǔ)備CC2530內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）主要有以下特點(diǎn)：1．可選的采樣率（7到12位）。2．8個(gè)獨(dú)立的輸入通道，單端或差分。3．參考電壓可選為內(nèi)部、外部單端、外部差分或AVDD5（CC2530的模擬量電壓輸入引腳）。4．可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。5．可測(cè)量電池電壓。6．可測(cè)量芯片內(nèi)部溫度。一、CC2530內(nèi)置ADC的特點(diǎn)二、ADC輸入端與采樣率設(shè)置

P0端口引腳上的信號(hào)可以用作ADC輸入。在后面的描述中這些端口引腳將被稱為AIN0—AIN7引腳。輸入引腳AIN0—AIN7連接到ADC。

可以把輸入配置為單端或差分輸入。差分輸入是指4對(duì)輸入引腳（AIN0—AIN1、AIN2—AIN3、AIN4—AIN5、AIN6—AIN7）間的電勢(shì)差。請(qǐng)注意，這些引腳不能使用負(fù)電源，或者大于VDD的電源。

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用于溫度測(cè)量的ADC輸入。

還可以選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)AVDD5/3的電壓作為ADC輸入。這個(gè)輸入允許實(shí)現(xiàn)例如要求電池監(jiān)測(cè)功能的應(yīng)用。注意，這種情況下的參考電壓不能由電池電壓決定，例如，AVDD5電壓不能作為參考電壓。ADCCON2(0xB5)–ADC控制2和ADCCON3(0xB6)–ADC控制3的控制寄存器如表11-1所示。表11-1ADCCON2(0xB5)–ADC控制2和ADCCON3(0xB6)–ADC控制3位名稱復(fù)位R/W描述7:6SREF[1:0]00R/W參考電壓選擇00：內(nèi)部參考電壓01：AIN7引腳上的外部參考電壓10：AVDD5引腳11：AIN6-AIN7差分輸入外部參考電壓5:4SDIV[1:0]01R/W采樣率設(shè)置00：64采樣率(7位)01：128采樣率(9位)10：256采樣率(10位)11：512采樣率(12位)3:0SCH[3:0]0000R/W通道選擇。0000：AIN00001：AIN10010：AIN20011：AIN30100：AIN40101：AIN50110：AIN60111：AIN71000：AIN0-AIN11001：AIN2-AIN31010：AIN4-AIN51011：AIN6-AIN71100：GND1101：正電壓參考1110：溫度傳感器1111：VDD/3

ADCCON2.SDIV設(shè)置采樣率，ADCCON2.SCH設(shè)置模擬量的輸入通道，AIN0-AIN7對(duì)應(yīng)P0_0-P0_7。ADCCON3寄存器參數(shù)與ADCCON2完全相同，不同之處在于ADCCON2用于不斷重復(fù)采集，ADCCON3用于單次采集，如表11-2~11-3所示。表11-2TR0(0x624B)–測(cè)試寄存器0位名稱復(fù)位R/W描述7:1-0000000R0保留。寫作0。0ACTM0R/W設(shè)置為1來(lái)連接溫度傳感器到SOC_ADC。表11-3ATEST(0x61BD)–模擬測(cè)試控制位號(hào)碼名稱復(fù)位R/W描述7:6-00R0保留。讀作05:0ATEST_CTRL[5:0]000000R/W控制模擬測(cè)試模式：000001：使能溫度傳感器三、ADC運(yùn)行模式ADC具有三個(gè)控制寄存器：ADCCON1、ADCCON2和ADCCON3，如表11-4所示。位名稱復(fù)位R/W描述7EOC0R/H0轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位0：轉(zhuǎn)換沒(méi)有完成1：轉(zhuǎn)換完成6ST0

開始轉(zhuǎn)換。0：沒(méi)有轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行1：如果ADCCON1.STSEL=11并且沒(méi)有序列正在運(yùn)行就啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換序列。5:4STSEL[1:0]11R/W1啟動(dòng)方式選擇。00：P2.0引腳的外部觸發(fā)。01：立即開始轉(zhuǎn)換。10：定時(shí)器1通道0比較事件11：ADCCON1.ST=13:2RCTRL[1:0]00R/W16位隨機(jī)數(shù)發(fā)生器控制00：正常運(yùn)行。(13X型展開)01：LFSR的時(shí)鐘一次(沒(méi)有展開)10：保留11：關(guān)閉隨機(jī)數(shù)發(fā)生器ADCCON1.EOC位是一個(gè)狀態(tài)位，當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)該位置1，當(dāng)讀取ADCH時(shí)，清除該位。ADCCON1.ST位用于啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換序列。當(dāng)該位置1，ADCCON1.STSEL位為11，且當(dāng)前沒(méi)有正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換時(shí)，將啟動(dòng)一個(gè)序列。當(dāng)這個(gè)序列轉(zhuǎn)換完成，該位就自動(dòng)清除。ADCCON1.STSEL位選擇哪個(gè)事件將啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換序列?？梢员贿x擇的事件選項(xiàng)有：外部引腳P2.0上的上升沿，前一個(gè)序列的結(jié)束，定時(shí)器1通道0比較事件或ADCCON1.ST置1。表11-4ADCCON1(0xB4)–ADC控制四、ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果放置在ADCH、ADCL寄存器中，以2的補(bǔ)碼形式表示。對(duì)于單端配置，結(jié)果總是為正。當(dāng)ADCCON1.EOC置1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換完成，此時(shí)可以讀出ADCH和ADCL里的數(shù)據(jù)，如表11-5~11-6所示。位名稱復(fù)位R/W描述7:2ADC[5:0]000000RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的低位部分1:0-00R0沒(méi)有使用表11-6ADCH(0xBB)–ADC數(shù)據(jù)高位位名稱復(fù)位R/W描述7:0ADC[13:6]0x00RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高位部分ADCH的最高位是符號(hào)位，對(duì)于單個(gè)測(cè)量，結(jié)果總是正，

所以符號(hào)位總是0。

所以用到bit6--bit0，

計(jì)7位。ADCL的低2位（bit0,bit1）系統(tǒng)保留，bit2不用，所以用到bit7--bit3，計(jì)5位。所以共12位。當(dāng)然其他抓取率時(shí)，有效分辨率如下：00:64decimationrate(7bitsENOB)--ADCH低7位01:128decimationrate(9bitsENOB)--ADCH低7位+ADCH高2位10:256decimationrate(10bitsENOB)--ADCH低7位+ADCH高3位11:512decimationrate(12bitsENOB)--ADCH低7位+ADCL高5位表11-5ADCL(0xBA)–ADC數(shù)據(jù)低位項(xiàng)目實(shí)施05項(xiàng)目實(shí)施一、準(zhǔn)備設(shè)備和資源項(xiàng)目實(shí)施前必須先準(zhǔn)備好相應(yīng)的設(shè)備和資源，見(jiàn)表11-7。序號(hào)設(shè)備/資源名稱數(shù)量單位是否準(zhǔn)備到位(√)1CC2530模塊1個(gè)

2CCDebugger仿真器（帶下載線）1個(gè)

3MiniUSB供電線或5號(hào)電池1根/個(gè)

表11-7設(shè)備和資源清單

本實(shí)驗(yàn)使用CC2530的片內(nèi)ADC外設(shè)采集芯片的內(nèi)部溫度，片內(nèi)ADC的內(nèi)部硬件信號(hào)連接如圖11-1所示。

圖11-1CC2530片內(nèi)ADC硬件連接圖二、查閱實(shí)驗(yàn)?zāi)K原理圖1.連接設(shè)備

將CCDebugger仿真器的接口與CC2530實(shí)驗(yàn)?zāi)K（實(shí)驗(yàn)?zāi)K使用“求助按鈕V1.0”）相連，仿真器另一端用USB數(shù)據(jù)線連接到PC上，如圖11-2所示。

圖11-2實(shí)驗(yàn)接線圖

三、實(shí)施過(guò)程2.程序設(shè)計(jì)1）創(chuàng)建工程。打開IAR新建一個(gè)CProject工程（具體步驟請(qǐng)參照項(xiàng)目二）2）本實(shí)驗(yàn)的軟件流程圖。下面圖11-3是本實(shí)驗(yàn)的流程圖，大家可以結(jié)合這個(gè)圖來(lái)學(xué)習(xí)編寫程序。

圖11-3程序流程圖3）編寫代碼。完整的程序源代碼，見(jiàn)課程資源。主要功能代碼如下：（1）引用相應(yīng)頭文件#include<ioCC2530.h>#include<stdio.h>#include<string.h>（2）對(duì)IO口進(jìn)行初始化：/*****************************************************函數(shù)名稱：IO_Init功能：完成IO口初始化voidIO_Init(void){P1DIR|=0x04;//P1_2端口定義為輸出,對(duì)應(yīng)蜂鳴器Beeper=0;//關(guān)閉蜂鳴器}（3）對(duì)串口進(jìn)行初始化：/*****************************************************函數(shù)名稱：InitUART功能：完成串口初始化voidInitUART(void){

PERCFG=0x00;//位置1P0口

P0SEL=0x0C;//P0用作串口

P2DIR&=~0xC0;//P0優(yōu)先作為UART0

U0CSR|=0x80;//串口設(shè)置為UART方式U0GCR|=11;

U0BAUD|=216;//波特率設(shè)為115200

UTX0IF=1;//UART0TX中斷標(biāo)志初始置位1

U0CSR|=0x40;//允許接收

IEN0|=0x84;//開總中斷，接收中斷}（4）串口發(fā)送函數(shù)：/*****************************************************函數(shù)名稱：UartSendString功能：將特定長(zhǎng)度的字符串發(fā)送出去voidUartSendString(char*Data,intlen){uinti;for(i=0;i<len;i++){U0DBUF=*Data++;while(UTX0IF==0);UTX0IF=0;}

U0DBUF=0x0A;//輸出換行while(UTX0IF==0);UTX0IF=0;}（5）對(duì)溫度傳感器進(jìn)行初始化：/*****************************************************函數(shù)名稱：InitTempSensor功能：完成芯片內(nèi)部自帶溫度傳感器的初始化voidInitTempSensor(void){IEN0=IEN1=IEN2=0X00;//關(guān)閉所有中斷TR0=0x01;//設(shè)置為1來(lái)連接溫度傳感器到SOC_ADCATEST=0x01;//使能溫度傳感}（6）獲取溫度傳感器的溫度值：/*****************************************************函數(shù)名稱：GetTemperature功能：完成對(duì)溫度傳感器的AD采樣，并轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值floatGetTemperature(void){uintvalue=0;ADCCON3=(0x3E);//選12位采樣率；對(duì)片內(nèi)溫度傳感器采樣ADCCON1|=0x30;//選擇ADC的啟動(dòng)模式為手動(dòng)ADCCON1|=0x40;//啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)化while(!(ADCCON1&0x80));//等待AD轉(zhuǎn)換完成value=ADCL>>4;//ADCL寄存器低2位無(wú)效，由于只有12位有效，ADCL寄存器低4位無(wú)效。value|=(((uint)ADCH)<<4);;return(value*0.015)+2.778;//根據(jù)芯片手冊(cè)的溫度系數(shù)得到AD值轉(zhuǎn)溫度值的轉(zhuǎn)換公式}（7）主函數(shù)循環(huán)采樣溫度數(shù)據(jù)，串口發(fā)送到PC：/*****************************************************函數(shù)名稱：main功能：調(diào)用AD采樣函數(shù)獲得溫度值，將溫度數(shù)據(jù)作加權(quán)平均后通過(guò)串口發(fā)送voidmain(void){CLKCONCMD&=~0x40;//設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源為32MHZ晶振while(CLKCONSTA&0x40);//等待晶振穩(wěn)定CLKCONCMD&=~0x47;//設(shè)置系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為32MHZchari;floatAvgTemp;charstrTemp[6];IO_Init();InitUART();//初始化串口InitTempSensor();//初始化ADCwhile(1){AvgTemp=GetTemperature();for(i=0;i<63;i++){AvgTemp+=GetTemperature();AvgTemp=AvgTemp/2;//加權(quán)計(jì)算溫度可以減少誤