前言
a/d转换模块是单片机的高功能模块,用于对模拟信号进行数字转换,本文以stc8h8k64u单片机为例(原理与其他51单片机并无差别),该单片机a/d模块为16通道12位。
a/d转换模块的结构
stc8h的这个单片机a/d转换模块输入通道有16个(通道越多,同时可以接收的模拟量就越多),分别为adc0——adc15,其中adc15用于测试内部1.19v基准电压,工作时,各个输入通道都工作在高阻状态。
关于位数:12位是用于精度,位数越多,精度越高,以5v电压为例,当一位时,只能分成两份,2.5v以上是1,2.5v以下为0,当两位时,可以分成4份,也就是1.25v,2.5v,3.75v,5v为分界,提高了精度,以此类推。
该单片机a/d转换模块由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、12位数字模拟转换器(d/a转换模块)、a/d转换结果寄存器、a/d转换模块控制寄存器以及a/d转换模块配置寄存器构成。
a/d转换模块的分类
按转化原理分类:逐次逼近型、双积分型、并行/串行比较型、压频转换型等
按转化速度分类:超高速<=1ns、高速<=20us、中速<=1ms、低速<=1s。
按转化位数分类:8、12、14、16。
目前主要有逐次比较型转换器(最常用的)和双积分型转换器,故接下来主要讲解逐次比较型转换器。
逐次比较型转换器
逐次比较型模拟数字转换器根据逐次比较的逻辑,从最高位(msb)开始,逐次对每一个输入的电压模拟量与内部d/a转换器输出进行比较,多次比较之后,使得转换得到的数字量逼近输入模拟量对应值,直到a/d转换结束。
下图为逐次比较型转换器原理图
a/d转换模块的参考电压源
该a/d转换模块的电源与单片机电源是同一个,但a/d模块有独立的参考电压源输入端。
当测量精度要求不高时,可以直接使用单片机的工作电压,高精度时使用精准的参考电压。
a/d转换模块的控制
a/d转换模块主要由adc_contr、adccfg、adc_res、adc_resl和a/d转换模块时序控制寄存器adctim以及控制a/d转换的有关中断的控制寄存器进行控制和管理。
由于寄存器标志位等过多,此处仅列举较为重要的个别寄存器。
此代码中出现的寄存器有adc_contr,adc_res,adc_resl。
其中adc_res和adc_resl共同作为存储结果寄存器,res是高8位,resl是低8位。
adc_conter各位如下图:
b7是a/d模块的电源控制位,1打开,0关闭。
b6是a/d转换启动控制位,1时启动转换,转换完成后自动清0,为0时无影响(当a/d转换模块启动之后,即使写0也无法停止)
b5是完成标志位,完成转换后置1,需要手动清0。
主要:启动a/d转换前一定保证a/d转换模块电源已打开,a/d转换结束后关闭a/d转换模块电源可以降低能耗。初次打开时需要适当延时,等内部电路稳定后再启动a/d转换。
a/d转换模块转换结果选择
a/d转换模块转换结束后,结果保存到adc_res和adc_resl中(因为是12位,一个寄存器8位,所以需要两个寄存器拼起来存储结果),但是有两种存储格式,由adcfg中的resfmt控制。
resfmt=0时,结果左对齐,右边空余位自动为0。
resfmt=1时,结果右对齐,左边空余位自动为0。
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