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1、第7章 ATD模/数转换 DIO、A/D、D/A,7.1 A/D转换概述 模/数转换过程就是以一定的时间间隔对模拟信号进行采样，然后将采集到的模拟值转换为相应的二进制代码。为了得到真实而稳定的转换数据，A/D转换过程就要满足基本的性能指标，以使从离散的采样点数据可以最大限度地表征连续的模拟信号。 A/D转换主要技术指标: 量化精度：数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，又称分辨率。通常用二进制位数来表示，如8位、10位精度的分辨率分别为1/28、1/210。10位精度能将采样到的模拟量值转换为一个10位二进制数，可以表示210=1024个不同的电平级别。位数越高，量化精度就越高。例如量化精度
2、为8位，参考电压为5V，则检测到的模拟量变化为5/28=0.0195313V。 转换速率：指完成一次从模拟量到数字量（A/D）的转换所需的时间的倒数。 积分式A/D转换的转换时间:毫秒级、低速A/D 逐次逼近式A/D：微妙级、中速A/D 纳秒级转换属于高速A/D 采样速率：两次A/D转换之间的时间间隔的倒数，与转换速率是不同的两个概念。为了保证数字量对于模拟量的正确反映，采样频率必须满足奈奎斯特采样定律，另外采样速率还必须小于或等于A/D转换速率。 误差指标 模拟放大、滤波 数据预处理（中值滤波、均值滤波）、分析、物理量回归。,S12(X)A/D转换特点 S12X 内置2组8通道10位的A/D
3、模块（ATD0、ATD1），采用逐次逼近型A/D转换器，自带采样保持，共有25个控制寄存器，输入电阻约25M，输入模拟电压范围在05V之间选择。 特点：,8/10/12 位精度可调 采样缓冲放大器 可编程采样时间 结果数据左/右 对齐, 有符号/无符号 外部触发控制 转换完成发中断 模拟输入8通道复用，扫描转换 1到16转换序列长度 单次/连续转换模式 多通道扫描 模拟/数字输入引脚复用,相关引脚 VDDA、VSSA-ATD模拟电路电源和地，应分别接MCU的VDD、VSS VRH、VRL-ATD参考高电压和低电压。通常可接VDDA、VSSA 参考电压VRH不能大于ATD的电源电压，VRL不能为
4、负电压 AN15/PAD15AN0/PAD0：模拟量输入通道150，也可用作数字输入口。 注：复用-并行输入/输出的AD口PADx与ATD的模拟输入引脚ANx 运行模式 停止模式（STOP） 等待模式（WAIT） 冻结模式（FREEZE）,7.2 ATD模块工作原理,1. ATD模块的采样通道与转换序列,S12X 有2组（ATD0、ATD1）各8个模拟输入通道，当该通道输入管脚没用作模拟输入时，可以作为普通I/O数字量输入口用；当用作模拟量输入时，其I/O端口数据寄存器无效。 每次启动A/D可以进行多次扫描循环，可以针对单通道，也可以是相邻的几个通道。 注：每个扫描循环称为一个转换序列,2.
5、转换时间与转换方式,us级， 可微调；控制寄存器ATDCTL4 转换时间 (程控采样周期数 转换周期数 ) X A/D时钟周期 其中：程控采样周期数 4,6,8,10,12,16,20,24 转换周期数 10 -固定不变 A/D时钟频率 250KHz 8.3MHz -要求必须如此 例： （4+10）X 1/2M =7us; 10位精度下最高转换时间3us 转换方式： 单次方式：启动一次转换一次 连续方式：启动之后连续进行转换，新的结果会覆盖旧的值。,3. 转换结果对齐方式 每个A/D通道都有2个寄存器存放转换结果,用ATD0DRxH和ATD0DRxL存放； 可以选择左对齐或右对齐方式存放结果。
6、 8位或10位模式下对齐规则相同，8位时仅占用1个结果寄存器,7.3 ATD 模块的使用与配置,转换结果寄存器,控制寄存器,状态寄存器,ATD0CTL15,ATD0STAT01,ATD0DR015,MCU上电后，ATD模块各个寄存器处于默认关闭状态，至少需要经过下面几个步骤，才可以使ATD完成所需要的转换工作： 设置ATD控制寄存器ATDCTL14：根据对转换位数、扫描方式、采样时间、时钟频率的要求及标志检查方式进行相应寄存器的设置； 通过写ATD控制寄存器ATDCTL5启动新的ATD转换； 通过查询ATD状态寄存器ATDSTAT0或响应A/D转换完成标志做中断处理，取结果。,控制寄存器ATD
7、0CTL15 见教材,ATD0STAT0,Address Offset $0006,$0007,A/D 状态寄存器,FIFOR 当结果寄存器在读出之前已经被写入时，置位 ( CCF没有清零时),SCF 转换序列完成标志 - 在单次转换模式时(SCAN = 0) ，当转换完成后置位 在连续转换模式时(SCAN = 1)，当第一次转换完成后置位 当 AFFC = 0 ，写1清零.,ETORF - 外部触发覆盖标志 - 如果在转换过程中高/低电平出现，置位,CC2:0 转换计数器 3位计数器指向下一个将要转换的通道,CCF7 -CCF0 独立通道转换完成标志位 每个相应的通道转换结束后置位；当相应的
8、A/D结果寄存器被读出时，自动清零,ATD0STAT1,转换结果寄存器-ATD0DRxH、ATD0DRxL,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,Address Offset $0010 - $0011 - - - $001E - $001F,左对齐数据存放格式,右对齐数据存放格式,AD端口数字输入寄存器,PTAD07,ATD0DIEN - ATD 数字信号输入使能,0 禁止输入，1 允许输入,7.4 应用实例,【例7-1】MCU对ATD0通道5上的05V模拟电平进行8位精度A/D转换，转换后的数字量结果送T口输出，T口接8个LED灯
9、，低电平点亮。 MCU总线时钟频率=8MHz，设采样时间为16个ATD时钟。 设ATD时钟频率为1MHz 公式：fATDCLK = fBUS / (2 x (PRS+1),AN05,main: Entry: LDS #_SEG_END_SSTACK ; initialize the stack pointer SEI ;关中断 LDAA #$FF STAA DDRT ;设置T口为输出 LDAA #$FF STAA PTT ;T口输出先全1 LDAA #$00 STAA ATD0CTL1 ; 8位精度 LDAA #$40 STAA ATD0CTL2 ;转换完成标志快速清零,禁止外触发,禁止中断
10、LDAA #$08 STAA ATD0CTL3 ; 左对齐，转换序列长度为1 LDAA #$A3 STAA ATD0CTL4 ; 设采样时间为16个ATD时钟，预分频系数PRS为3 LDAA #$00 STAA ATD0DIEN ;禁止数字输入 LDAA #$25 STAA ATD0CTL5 ; 启动新的转换：连续转换，单通道，选择AN5 WAIT: BRCLR ATD0STAT0,#$80,* ;检测SCF标志以等待A/D转换序列完成 LDAA ATD0DR0H ;取结果(单通道转换结果均在ATD0DR0中) ;同时标志被清零 COMA ;取反 STAA PTT ;送T口输出 BRA WAIT ;循环,