CC2541蓝牙学习——ADC

CC2541蓝牙学习——ADCCC2541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

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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。

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                                                                    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。

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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。

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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。

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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。

CC2541蓝牙学习——ADC
CC2541蓝牙学习——ADC

  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。

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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。

 

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