CC2530的ADC工作原理与应用

Posted 2021-07-12 364.99°

目录

• 1.A/D转换的基本工作原理
• 2.CC2530的A/D转换模块
• 3.ADC模块的信号输入
• 4.ADC相关的几个概念
• 5.1.案例——定时采集电压数据发送到上位机

1.A/D转换的基本工作原理

1. 数字化： 将时间上连续变化的模拟量转化为脉冲有无的数字量（ADC）
2. ADC： 数模转换器，将时间和幅值连续的模拟量转化为时间和幅值离散的数字量
3. 过程： 采样、保持、量化、编码

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常用ADC： 逐次逼近型、双积分型、∑-△型

A/D转换器的几个技术指标：

1. 量程： ADC所能输入模拟信号的类型和电压范围（参考电压），信号类型包括单极性和双极性
2. 转换位数： 量化过程中的量化位数n，A/D转换后的输出结果用n位二进制数表示
3. 分辨率： ADC能够分辨的模拟信号最小变化量，分辨率 = 量程 / 2^n
4. 转换时间： ADC完成一次完整的A/D转换所用时间，包括采样、保持、量化、编码的全过程

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ADC的四个基本过程
采样、保持、量化、编码

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例： 有一个温度测控系统，已知温度传感器在0到100度之间为线性输出，参考电压为5V，采用8为的A/D转换器，0度的时候,测的电压为1.8伏，100度的时候，测的电压为4.3伏。

问： 系统的分辨率是多少?采集到数据10010001，表示多大电压?温度是多少?

由于采用的是8位ADC,参考电压为5V，所以分辨率为：
5* 1/2^8= 5/256 = 0.0195V= 1.95mV (最小能分辨的电压，分辨率)
0.0195 * 40= 0.78度(最小能分辨的温度)
由于温度是线性变化，先求得斜率k，得到温度和电压的关系表达式：
k= (100- 0)/(4.3-1.8)=40，y = 40*(x-1.8) (x为采样得到的电压)
因为10010001B=91H= 145，所以0.0195* 145= 2.83V
温度： (2.83V- 1.8V)* 40= 41.2℃

2.CC2530的A/D转换模块

此ADC模块的主要特征：

1. 可选取的抽取率，设置分辨率（7~12位）
2. 8个独立的输入通道，可接收单端或差分信号
3. 参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5
4. 单通道转换结束可产生中断请求
5. 序列转换结束可发出DMA触发
6. 可将片内温度传感器作为输入
7. 电池电压测量功能

3.ADC模块的信号输入

端口0引脚可以配置为ADC输入端，依次为AINO~AIN7

1. 输入端可配置为单端输入或差分输入
2. 差分输入对： AIN0~AIN1、AIN2 ~ AIN3、AIN4 ~ AIN5 、AIN6 ~ AIN7
3. 片上温度传感器的输出也可以作为ADC的输入用于测量芯片的温度
4. 可以将一个对应AVDD5/3的电压作为ADC的输入，实现电池电压检测
5. 负电压和大于VDD的电压都不能用于P0这些引脚
6. 单端电压输入AINO~ AIN7，以通道号码0~7表示
7. 四个差分输入对则以通道号码8~11表示
8. 温度传感器的通道号码为14
9. AVDD5/3电压输入的通道号码为15

4.ADC相关的几个概念

1. 序列ADC转换: 可以按序列进行多通道的ADC转换，并把结果通过DMA传送到存储器，而不需要CPU任何参与。
2. 单通道ADC转换: 通过写ADCCON3寄存器触发单通道ADC转换，一旦寄存器被写入，转换立即开始
3. 参考电压: 内部生成的电压、AVDD5引脚、适用于AIN7输入引脚的外部电压，或者适用于AIN6~ AIN7输入引脚的差分电压
4. 转换结果:
   4.1. 数字转换结果以二进制的补码形式表示
   4.2. 对于单端，结果总是正的
   4.3. 对于差分配置，两个引脚之间的差分被转换，可以是负数
   4.4. 当ADCCON1.EOC设置为1时，数字转换结果可以读取
   4.5. 转换结果总是驻留在ADCH和ADCL寄存器组合的MSB段中
5. 中断请求:
   5.1. 通过写ADCCON3触发一个单通道转换完成时，将产生一个中断
   5.2. 完成一个序列转换时，ADC将产 生一个DMA触发，而不产生中断
6. 三个控制寄存器: ADCCON1、ADCCON2、ADCCON3,用来配置ADC
7. 两个数据寄存器: ADCL和ADCH，用来返回转换结果

5.1.案例——定时采集电压数据发送到上位机

要求：

将光照度传感器接到的Zigbee小模块上，每隔1秒以单通道的式采样一次该传 感器的电压值，并按照指定的格式将数据传送到上位机。上位机与CC2530的 串口0相连，系统时钟为16MHz，波特率为9600BPS， 发送数据采用查询的方式。数据帧有4个字节,格式如下:
0xFA (帧头)    ADCH    ADCL    0xAF (帧尾)

设计思路：

1. 初始化定时器1,实现0.1秒定时
2. 在定时中断函数中实现1秒定时
3. 按照参数要求初始化串口0
4. 设计字节数组发送函数
5. 初始化ADC (单通道采集)
6. 实现数据采集并发送到上位机

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配置APCFG寄存器

1. 当使用ADC时，端口0的引脚必须配置为ADC模拟输入
2. 要配置一个端口0引脚为一个ADC输入，APCFG寄 存器中相应的位必须设置为1。这个寄存器的默认值是0，选择端口0为非模拟输入，即作为数字I/O端口
3. 注意： APCFG寄存器的设置将覆盖POSEL的设置
4. APCFG模拟I/O配置寄存器：
   

配置ADCCON3寄存器

1. 单通道的ADC转换，只需要将控制字写入ADCCON3寄存器即可
2. ADCCON3控制寄存器（单通道相关）：
   

ADC初始化

1. 对端口的功能进行选择
2. 设置其传输方向
3. 将端口设为模拟输入

ADC数据采集

1. 将ADCIF标志位清0
2. 配置ADCCON3寄存器，该寄存器一旦被写入，转换立即开始
3. 等待ADCIF置1，标示转换完成
4. 读取数据

代码：

#include "ioCC2530.h"

/*=============================定时器1初始化函数==============================*/
void Init_Timer1(){
  T1CC0L = 0xd4;               //设置最大计数值的低8位
  T1CC0H = 0x30;               //设置最大计数值的高8位
  T1CCTL0 |= 0x04;             //开启通道0的输出比较模式
  T1IE = 1;                    //使能定时器1中断
  T1OVFIM = 1;                 //使能定时器1溢出中断
  EA = 1;                      //使能总中断
  T1CTL = 0x0e;                //分频系数是128,模模式
}


unsigned char count = 0;
unsigned char F_time = 0;
/*=============================定时器1服务函数================================*/
#pragma vector = T1_VECTOR
__interrupt void Timer1_Sevice(){
  T1STAT &= ~0x01;             //清除定时器1通道0中断标志
  count++ ;
  if(count == 10){             //定时1秒到
    F_time = 1;
    count = 0;
  }      
}

/*=============================UR0初始化函数==================================*/
void Init_Uart0(){
  PERCFG = 0x00;              //串口0的引脚映射到位置1，即PO_2和P0_3
  P0SEL = 0x0C;               //将PO_ 2和PO_ _3端口设置成外设功能
  U0BAUD = 59;                //16MHz的 系统时钟产生9600BPS的波特率
  U0GCR = 9;
  U0UCR |= 0x80;              //禁止流控, 8位数据，清除缓冲器
  U0CSR |= 0xCe;              //选择UART模式，使能接收器
  UTX0IF = 0;                 //清除TX发送中断标志
  URX0IF = 0;                 //清除RX接收中断标志
  URX0IE = 1;                 //使能URAT0的接收中断
  EA = 1;                     //使能总中断
}

/*=============================UR0发送字符串函数==============================*/
void UR0SendString(unsigned char *str, unsigned char count){
  while (count--){
    U0DBUF = *str++;          //将要发送的1字节数据写入U0DBUF
    while(!UTX0IF);           //等待TX中断怺志，即数据爰送完成
    UTX0IF = 0;
  }
}

/*=============================ADC初始化函数==================================*/
void Init_ADC0(){
  P0SEL |= 0x01;              //P0_0端口设置为外设功能
  P0DIR &= ~0x01;             //P0_0端口设置为输入端口
  APCFG |= 0x01;              //P0_0作为模拟I/0使用
}

unsigned char dat[4];
/*===========================读取ADC的数据====================================*/
void Get_ADC0_Value(){
  ADCIF = 0;
  //参考电圧迭拝AVDD5引脚，256抽取率，AIN0通道0
  ADCCON3 = (0x80| 0x10| 0x00);
  while(!ADCIF);              //等待A/D装換完成
  dat[0] = 0xaf;
  dat[1] = ADCH;              //读取ADC数据低位寄存器
  dat[2] = ADCL;              //读取ADC数据高位寄存器
  dat[3] = 0xfa;
}

/*===========================main函数=========================================*/
void main(){
  Init_Uart0();
  Init_Timer1();
  Init_ADC0();
  
  while(1){
    if(F_time == 1){          //定时1秒时间到
      Get_ADC0_Value();      //进行A/D转换并读取数据
      UR0SendString(dat,4);  //向上位机发送数据
      F_time = 0;            //定时1秒标志清0
    }
  }
}

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