| C8051F020中的ADC應(yīng)用要素 作者：哈爾濱工程大學(xué) 汪濱琦 陳紅偉 姜廣文 來源：新華龍網(wǎng)站 C8051F020（簡稱F020）是美國德州Cygnal 公司推出的一種混合信號SOC型8位單片機。它屬于C8051F系列中的F02X子系列。其性能價格比在目前應(yīng)用領(lǐng)域極具競爭力。F020具有8路12位A/D轉(zhuǎn)換（簡稱ADC）接口和8路8位在線可編程（ISP）的ADC電路,片上的特殊功能寄存器（簡稱SFR）有15個與ADC的控制相關(guān),它們是：
AMUX0SL－AMUX0通道選擇寄存器,復(fù)位值為00000000;
AMX0CF－AMUX0配置寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC0CF－ADC0配置寄存器,復(fù)位值為11111000;
ADC0CN－ADC0控制寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC0H－ADC0數(shù)據(jù)字MSB寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC0L－ADC0數(shù)據(jù)字LSB寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC0GTH－ADC0下限數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器,復(fù)位值為11111111;
ADC0GTL-ADC0下限數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器,復(fù)位值為11111111;
ADC0LTH－ADC0上限數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC0LTL－ADC0上限數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器,復(fù)位值為00000000;
AMX1SL－AMUX1通道選擇寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC1CN－ADC1控制寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC1CF－ADC1配置寄存器,復(fù)位值為11111000;
ADC1－ADC1數(shù)據(jù)字寄存器,復(fù)位值為00000000;
REF0CN－基準(zhǔn)電壓控制寄存器,復(fù)位值為00000000;
ADC是混合信號控制器的重要功能,如欲在應(yīng)用編程中得心應(yīng)手,就必須對其相關(guān)的要素有較清晰的整體認(rèn)識。
1、 ADC的精度與通道
F020采用TQFP100封裝,芯片引腳有8個（引腳18-25）專用于模擬輸入,是8路12位ADC的輸入端。每路12位的轉(zhuǎn)換精度都是其自身的±1LSB（最低位）。實際上,對應(yīng)12位逐次逼近寄存器型（SAR）ADC只有1個,在它與各輸入端之間有1個具有9 通道輸入的多路選擇開關(guān)（可配置模擬多路開關(guān)AMUX）。AMUX的第9通道連接溫度傳感器。在F020是中,12位ADC稱為ADC0,另有8路8位在系統(tǒng)可編程（ISP）的ADC電路稱為ADC1。其8個外接引腳與P1口復(fù)用,片內(nèi)結(jié)構(gòu)與ADC0相近,只是轉(zhuǎn)換的位數(shù)為8位,轉(zhuǎn)換精度為8位的±1LSB。
ADC0端口的每一對均可用編程設(shè)置成分別地單端輸入或差分輸入。差分輸入時的端口配對為0-1、2-3、4-5、6-7,此設(shè)置由通道選擇寄存器AMUX0SL的低4位和通道配置寄存器AMUX0CF的低4位確定。在AMX0CF中,位3~0各對應(yīng)2個引腳通道。位值＝0,表示是獨立的單端輸入（復(fù)位值均為單端輸入）;位值＝1,表示是差分輸入對。對應(yīng)AMX0CF選差分輸入時,AMUX0SL中只有在選雙數(shù)（含0）通道時才有效（注：AMUX0SL低4位為1xxx時,不論AMX0CF低4位為何值,均選溫度傳感器）。
將REF0CN的位3置"1"時,允許使用溫度傳感器;置 "0"時,溫度傳感器的輸出為高阻態(tài)。溫度傳感器的值可用于修正參數(shù)的非線性或記錄、調(diào)整與溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)。
2、 ADC的速率與啟動
C8051F系列單片機中ADC的速率都是可用編程設(shè)置的,但最少要用16個系統(tǒng)時鐘。一般在轉(zhuǎn)換之前還自動加上3個系統(tǒng)時鐘的跟蹤/保持捕獲時間（＞1.5μs）。設(shè)置F020內(nèi)ADC速率的方法是通過配置寄存器ADCxCF（x為0或1）的位7~3來進行的,其復(fù)位值為11111（位7~3=SYSCLK/CLKSAR-1）。
一般在啟動ADC之前都要處于跟蹤方式,控制寄存器ADCxCN的位6如果為"0",則一直處于跟蹤方式（此時啟動4種啟動方式都可比跟蹤啟動快3個系統(tǒng)時鐘）;如為"1",則有4種跟蹤啟動方式可選擇,即對ADCxCN中的位3~2賦值;00為向ADBUSY寫1時跟蹤（軟件命令）;01為定時器3溢出跟蹤;10為CNVSTR上升沿跟蹤（外部信號）;11為定時器2溢出跟蹤。
復(fù)位時,ADCxCN的位7為0,處于關(guān)斷狀態(tài)。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時,ADCxCN的位5為"1",位4（忙標(biāo)志）的下降沿觸發(fā)結(jié)束中斷,也可用軟件查詢這些狀態(tài)位。
3、 ADC的基準(zhǔn)與增益
F020的片內(nèi)有1個1.2V、15×10-6/℃的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和1個兩倍增益的輸出緩沖器。2.4V的基準(zhǔn)電壓（VREF）可通過外引腳分別接入ADC0、ADC1和DAC中。VREF對外帶載能力為200μA（建議在驅(qū)動外部負(fù)載時,對地接1個負(fù)載電阻）。ADC使用偏置時,必須將參考源控制寄存器REFxCN中的位1置于"1";如置于"0",則關(guān)閉內(nèi)部偏壓,此時可通過VREF引腳（引腳12）使用外部基準(zhǔn)電壓,外部基準(zhǔn)電壓必須小于VAV±0.3V(還要大于1V)。不用ADC,也不用DAC時,可將REFxCN的位0置"0",使緩沖放大器處于省電方式（輸出為高阻態(tài)）。
設(shè)置REF0CN的位4為"0"時,ADC0用VREF偏置,為"1"時,用DAC0輸出偏置;設(shè)置為REF0CN的位3為"0"時,ADC1用VREF偏置,為"1"時,用AV+偏置。
在F020的ADC電路中,輸入多路選擇開關(guān)AMUX后面都帶有1個可用編程設(shè)置增益的內(nèi)部放大器（PGA）。當(dāng)各模擬通道之間輸入的電壓信號范圍差距較大時,或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時（在差分輸入方式,DAC可用于提供直流偏移）顯得尤為有用。設(shè)置的方式是配置ADCxCF中的位2~0（000對應(yīng)PGA的增益為1;001對應(yīng)為2;010對應(yīng)4;011對應(yīng)為8;10x對應(yīng)為16、11x對應(yīng)為0.5）。這里的增益對溫度傳感器信號也起作用。當(dāng)增益為1時,VTEMP=0.002 86（V/℃）（TEMPC）℃+0.776V。
4、 ADC的數(shù)據(jù)與控制
對應(yīng)單端輸入,ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為：0V--0000,VREF--0FFF或FFF0。
對應(yīng)差分輸入,ADC結(jié)果數(shù)據(jù)字格式為2的補碼：VREF--07FF,0--0000,-VREF--F800或8000。
將ADCxCN的位0置"0"可使結(jié)果右對齊;置"1"可使結(jié)果左對齊。當(dāng)差分輸入時,右對齊產(chǎn)生的多余高位是符號擴展位。
C8051F系列單片機內(nèi)還設(shè)有數(shù)據(jù)相關(guān)窗口中斷發(fā)生器或稱可編程窗口檢測器,也叫ADC上（下）數(shù)據(jù)寄存器ADC0G（L）TH（L）,用后臺方式監(jiān)視一個關(guān)鍵電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位于規(guī)定的窗口之內(nèi)（或之外）時,向控制器申請轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。要求在窗口之內(nèi)中斷時,上限寄存器LT裝入高位窗口數(shù),下限寄存器GT裝入低位窗口數(shù);若要求在窗口之外中斷時,則在下限寄存器GT中裝入高位窗口數(shù),在上限寄存器LT中裝入下限窗口數(shù)。
復(fù)位時,ADC部分的狀態(tài)為：內(nèi)部電壓基準(zhǔn)緩沖器關(guān)閉、內(nèi)部偏壓關(guān)閉、內(nèi)部傳感器關(guān)閉、ADC禁止、轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)寄存器右對齊、12位的端口均為單端輸入、端口指向AIN0、SAR轉(zhuǎn)換時鐘為33個系統(tǒng)時鐘、內(nèi)部放大器增益為1、下限數(shù)據(jù)寄存器為FFFFH、上限數(shù)據(jù)寄存器為0000H。
綜合F020中與ADC相關(guān)的各要素,要想正確應(yīng)用ADC功能,應(yīng)按下列順序編程：設(shè)置參考電壓＞設(shè)置允許ADC＞設(shè)置跟蹤（啟動）方式＞設(shè)定數(shù)據(jù)對齊＞配置通道＞選擇通道＞設(shè)置轉(zhuǎn)換時鐘和增益＞設(shè)定窗口檢測上、下限＞啟動轉(zhuǎn)換。操作SFR的順序（以12位為例）為：REF0CN＞ADC0CN＞AMX0CF＞AMUX0SL＞ADC0CF＞ADC0GTH＞ADC0GTL＞ADC0LTH＞ADC0LTL＞ADC0CN或其它啟動方式。 |
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