CC2541蓝牙学习——ADC

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CC2541的ADC支持多达14位的模拟数字转换与高达12位的有效位数。它包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可独立配置的通道，一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写入存储器。还具有若干运行模式。

ADC主要特性如下：

1. 可选的抽取率，设置了7~12位的分辨率；
2. 8个独立输入通道，可接受单端或差分信号；
3. 参考电压可选为内部，外部单端，外部差分，或AVDD5；
4. 产生中断请求；
5. 转换结束时的DMA触发；
6. 温度传感器输入；
7. 电池测量功能。

                                                                    图1

P0引脚上的信号可以作为ADC输入来使用。在下面，这些引脚叫做AIN0—AIN7引脚，输入脚AIN0—AIN7与ADC连接。

输入脚可配置成单端或差动输入。如选择差动输入，包含成对输入AIN0-AIN1，AIN2-AIN3，AIN4-AIN5和AIN6-AIN7；注意这些引脚既不能加载负电压，也不能加载大于VDD的电压。

除了输入脚AIN0-AIN7外，片上的温度传感器也可以用来作为ADC温度测量的输入。如要实现这个功能，需设置寄存器TR0.ADCTM和ATEST.ATESTCTRL。

单端输入AIN0至AIN7可代表通道号0至7，通道号8至11分别代表差动输入AIN0-AIN1，AIN2-AIN3，AIN4-AIN5，AIN6-AIN7；通道12表示GND，通道13表示温度传感器，通道15表示AVDD5/3。这些值在ADCCON2.SCH和ADCCON3.SCH中设置。

我们看到ADCCON2和ADCCON3这两个寄存器的定义基本相同，但是用法不同，ADCCON2用于ADC序列转换的配置，而ADCCON3则用于单个ADC通道的配置。所谓ADC序列就是多个ADC通道按照次序分别转换。注意：不是同时转换的，从图1我们也可以看出，ADC的模拟输入接一个选择器，同一时刻只能选择一个通道接入进行ADC转换。

如果选择片上的温度传感器作为ADC温度测量的输入，则需要通过配置寄存器TR0和ATEST来获得片上温度，不过这个温度测量误差很大，我们一般不用，这里也就不给出例程了。

启用片内温度采集配置寄存器：

1 TR0 |= 0x01;
2 ATEST |= 0x01;

1、ADC序列转换

ADC序列转换无需CPU的参与，ADC能够完成一个序列的转换，并通过DMA把结果写入内存。

寄存器APCFG影响转换序列，来自I/O引脚的8位模拟输入不一定是程序设置的模拟输入。如某一通道是序列的一部分，但在APCFG中相应模拟输入是禁止的，那此通道将被跳过。当使用差动输入时，两个输入脚在APCFG寄存器中必须被设置成模拟输入。

ADCCON2.SCH用来定义ADC输入的转换序列。如ADCCON2.SCH被设为小于8，转换序列包含一个通道（从0到ADCCON2.SCH中设置的通道号），当ADCCON2.SCH值设为8至12时，序列是差动输入，从通道8至程序设置的通道号；当大于12时，序列包含只选择的通道。

2、单个ADC转换

除了序列转换外，ADC可以通过编程执行单个转换。通过写入ADCCON3寄存器可以触发一个转换，转换立即启动，除非一个转换序列正在进行中，这种情况下，当序列完成后，马上执行单个转换。

3、寄存器ADCCON1

ADC的数字转换结果可以通过寄存器ADCCON1获得，寄存器ADCCON1的定义如下图所示。

• ADCCON1.EOC：转换结束状态位，当转换结束时设高电平，当读取ADCH时低电平。
• ADCCON1.ST位用来启动序列转换的，当这位设高电平、ADCCON1.STSEL是11且当前无转换运行时序列启动开始。当序列转换结束时，这位自动清除为低电平。
•  ADCCON1.STSEL位用来选择哪个事件将启动一个新的序列转换。此项选择有：外部引脚P2.0上升沿事件，之前序列的结束事件，定时器通道0比较事件，或ADCCON1.ST设1事件。

4、ADC转换结果

数字转换结果以2进制补码形式表示的，最高位是符号位。

对于单端输入配置，由于ADC输入不能接负电压，转换结果总是正的当输入信号等于参考电压VREF时达到最大转换结果。

对于差分输入配置，ADC输入电压为两个引脚的电压之差，两脚的输入信号不同，结果可能是负的；当采样率为512，模拟输入Vconv=VREF时，12MSB的数字转换结果为2047，当模拟输入等于-VREF时，转换结果为-2048。

通过读ADCCON2.SCH位，知道正在转换的是哪个通道，在序列转换中，ADCL和ADCH中的结果是前一个通道ADC转换的值。如转换序列已结束，ADCCON2.SCH将有一个大于最后通道数一个以上的值，但如最后写入ADCCON2.SCH中的通道数是12或更大，读回的是相同的值。

5、ADC参考电压

模数转换的参考电压可选择于内部产生电压，AVDD5脚电压，应用于AIN7输入脚的外部电压，或应用于AIN6-AIN7输入的差动电压。内部参考电压对于CC2541来说是1.25V，比较小，能转换的最大模拟电压最大也只能是1.25V，AVDD5脚电压一般为3.3V，精度也不是很高。转换结果的准确度依靠于参考电压的稳定性和噪声度，所以对于要求较高的ADC转换建议从AIN7输入脚接入高精度的参考电压。

6、ADC转换时间

ADC只能运行于32MHZ XOSC。执行一个转换的时间依靠于被选择的采样率，一般上，转换时间由以下公式所得：

Tconv=(decimation rate+16)*0.25us.

可见分辨率越高，转换时间越长。

7、ADC中断

只有单通道ADC转换才有ADC中断，序列ADC转换没有ADC中断。

The ADC generates an interrupt when a single conversion triggered by writing to ADCCON3 has completed.No interrupt is generated when a conversion from the sequence is completed.

8、ADC DMA触发

每完成一个序列转换，ADC将产生一个DMA触发。单独转换完成不产生DMA触发。

在ADCCON2.SCH中设置8个通道，每个通道都有一个DMA触发。当通道转换中准备好一个采样时，将激活一个DMA触发。DMA触发命名为ADC_CHsd，s是单端通道，d是差动通道。

另外，当ADC序列转换通道中准备好一个新数据时，一个DMA触发（ADC_CHALL）将激活。

单个ADC转换读取ADC值的程序如下：

 1 /******************************************************************************
 2 *函 数 名：InitADC
 3 *功    能：ADC初始化
 4 *入口参数：参考电压 reference、转换通道 channel、分辨率resolution
 5 *出口参数：ADC转换结果
 6 ******************************************************************************/
 7 uint Read_advalue(uchar reference, uchar channel, uchar  resolution)
 8 {
 9   uint value; 
10   uchar tmpADCCON3 = ADCCON3;
11   
12   APCFG |= 1 << channel ; //设置ADC输入通道,模拟I/O使能
13   
14   ADCCON3  = (reference | resolution | channel);
15   ADCIF = 0;                         //
16 
17   while(!ADCIF);               //等待 AD 转换完成 
18   value =  ADCL >> 2;          //ADCL 寄存器低 2 位无效
19   value |= ((uint)ADCH << 6);  //连接AD转换结果高位和低位 
20   
21 //根据分辨率获得ADC转换结果有效位 
22   switch(resolution)
23   {
24     case ADC_7_BIT:  value >>= 7;break;
25     case ADC_9_BIT:  value >>= 5;break;
26     case ADC_10_BIT: value >>= 4;break;
27     case ADC_12_BIT: value >>= 2;break;
28     default:;
29   }
30   
31   ADCCON3 = tmpADCCON3;
32   return (value);
33 }

主程序：采集VDD值。

 1 /******************************************************************************
 2 *程序入口函数
 3 ******************************************************************************/
 4 int main(void)
 5 { 
 6   uint vddvalue;       //ADC转换值
 7 
 8   InitClock();         //32MHz时钟
 9   InitUART();          //UART0串口初始化
10   
11   while(1)
12   {
13 //ADC参考电压AVDD5引脚电源电压：3.3V，分辨率12位，采集通道：VDD/3,VDD=3.3V
14     vddvalue = Read_advalue(ADC_REF_AVDD5, 0x0f, ADC_12_BIT);
15     vddvalue = (vddvalue*33) >> 11;
16     vddvalue = vddvalue*3;
17     buf[0] = vddvalue/10 + '0';
18     buf[1] = '.';
19     buf[2] =vddvalue%10 + '0';
20 
21     UartSendString(buf,strlen(buf));  //串口上传采样VDD值
22     Delay1ms(2000);                   //每隔2s上传一次值
23   }
24 }

这里给出协议栈的adc转换函数参照对比。

 1 #include "hal_adc.h"  2 uint16 u16cvalu=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_4,HAL_ADC_RESOLUTION_12);  3 分辨率设置为12位时，从源码可以看出，可用位是ADCH 8位+ADCH高4位，其中ADCH最高位是符号位，所以有11位的分辨率，0-2047  4 默认基准电压3.3V  5 uint16 HalAdcRead (uint8 channel, uint8 resolution)  6 {  7 int16 reading = 0;  8  9 #if (HAL_ADC == TRUE)  10  11  uint8 i, resbits;  12  uint8 adctemp;  13 volatile uint8 tmp;  14 uint8 adcChannel = 1;  15  uint8 reference;  16  17 /* store the previously set reference voltage selection */  18 reference = ADCCON3 & HAL_ADC_REF_BITS;  19  20 /*  21  * If Analog input channel is AIN0..AIN7, make sure corresponing P0 I/O pin is enabled. The code  22  * does NOT disable the pin at the end of this function. I think it is better to leave the pin  23  * enabled because the results will be more accurate. Because of the inherent capacitance on the  24  * pin, it takes time for the voltage on the pin to charge up to its steady-state level. If  25  * HalAdcRead() has to turn on the pin for every conversion, the results may show a lower voltage  26  * than actuality because the pin did not have time to fully charge.  27 */  28 if (channel < 8)  29  {  30 for (i=0; i < channel; i++)  31  {  32 adcChannel <<= 1;  33  }  34  }  35  36 /* Enable channel */  37 ADCCFG |= adcChannel;  38  39 /* Convert resolution to decimation rate */  40 switch (resolution)  41  {  42 case HAL_ADC_RESOLUTION_8:  43 resbits = HAL_ADC_DEC_064;  44 break;  45 case HAL_ADC_RESOLUTION_10:  46 resbits = HAL_ADC_DEC_128;  47 break;  48 case HAL_ADC_RESOLUTION_12:  49 resbits = HAL_ADC_DEC_256;  50 break;  51 case HAL_ADC_RESOLUTION_14:  52 default:  53 resbits = HAL_ADC_DEC_512;  54 break;  55  }  56  57 /* read ADCL,ADCH to clear EOC */  58 tmp = ADCL;  59 tmp = ADCH;  60  61 /* Setup Sample */  62 adctemp = ADCCON3;  63 adctemp &= ~(HAL_ADC_CHN_BITS | HAL_ADC_DEC_BITS | HAL_ADC_REF_BITS);  64 adctemp |= channel | resbits | (reference);  65  66 /* writing to this register starts the extra conversion */  67 ADCCON3 = adctemp;  68  69 /* Wait for the conversion to be done */  70 while (!(ADCCON1 & HAL_ADC_EOC));  71  72 /* Disable channel after done conversion */  73 ADCCFG &= (adcChannel ^ 0xFF);  74  75 /* Read the result */  76 reading = (int16) (ADCL);  77 reading |= (int16) (ADCH << 8);  78  79 /* Treat small negative as 0 */  80 if (reading < 0)  81 reading = 0;  82  83 switch (resolution)  84  {  85 case HAL_ADC_RESOLUTION_8:  86 reading >>= 8;  87 break;  88 case HAL_ADC_RESOLUTION_10:  89 reading >>= 6;  90 break;  91 case HAL_ADC_RESOLUTION_12:  92 reading >>= 4;  93 break;  94 case HAL_ADC_RESOLUTION_14:  95 default:  96 reading >>= 2;  97 break;  98  }  99 #else 100 // unused arguments 101 (void) channel; 102 (void) resolution; 103 #endif 104 105 return ((uint16)reading); 106 }

View Code

调试结果：显示VDD值3.3V。

关于程序注意以下几点：

1、要配置一个端口0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选择端口0引脚为非ADC，即数字输入输出。APCFG寄存器的设置将覆盖P0SEL的设置，所以无需再配置P0SEL，另外对于I/O口作为外设功能，都无需配置方向，即无需配置寄存器PxDIR。

2、对于单次ADC转换的配置，只需要配置寄存器ADCCON3，无需配置寄存器ADCCON1和ADCCON2。对于判断转换是否结束，还有一种判断方法：

1 ADCCON1 |=0X30; //ADC启动方式选择为ADCCON1.ST=1事件 2 ADCCON1 |= 0x40; //启动转换 3 while(!(ADCCON1 & 0x80)); //等待 AD 转换完成 

ADCCON1.STSEL是用于启动转换序列的触发方式的，对于单次ADC转换，个人感觉这样配置不好，以后对于单次ADC转换，不采用这种判断方式。

单次转换判断是否转换结束：判断ADC中断标志ADCIF。

3、ADCH的最高位是符号位，对于单次测量，结果总是正的，所以符号位总是0。14位的ADC转换值有效值并不是14位的。

有效分辨率如下：
00: 64 decimation rate (7 bits ENOB)—-ADCH低7位
01: 128 decimation rate (9 bits ENOB)—ADCH低7位+ADCH高2位
10: 256 decimation rate (10 bits ENOB)–ADCH低7位+ADCH高3位
11: 512 decimation rate (12 bits ENOB)–ADCH低7位+ADCL高5位

例如：采集VDD/3值时，使用12位分辨率，参考电压AVDD5:3.3V

VDD/3 = vddvalue*3.3/2^11
扩大10倍

VDD/3 = vddvalue*33/2^11
为什么是除以2^11而不是2^12,因为最高位是符号位，12位分辨率实际上只有11位。

VDD = (vddvalue*33/2^11) * 3

4、差分输入可以用来做比较器。比如通道ADCCON3.ECH=1000，对应差分输入AIN0-AIN1。如果要比较一个模拟信号和另一个模拟信号的大小关系，只需要将这两个信号分别接入AIN0和AIN1，然后判断ADCH的最高位，如果是1，则AIN0<AIN1,如果是0，则AIN0>=AIN1。

5、最大转换电压等于参考电压，而参考电压的选择不能大于芯片的电源电压，一般为3.3V。虽然差分输入可以转换负电压，但是每一个模拟输入引脚都必须是正电压且小于电源电压VDD，负电压是指两个输入通道的差值。