MSP430ADDA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用教學(xué)資料

PAGE42MSP430ADDA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用教學(xué)資料第6章A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用6.1A6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter）是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件；A/D轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter）則相反，它能把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器從工作原理分為T(mén)型電阻網(wǎng)絡(luò)、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)幾種形式。倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)的工作原理如圖6.1所示。圖6.1倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓的大小與數(shù)字量具有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)：分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量（電壓或電流）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/2n。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于5V的滿量程，采用８位的DAC時(shí)，分辨率為5V/256＝19.5mV；當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/4096＝1.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。線性度（也稱非線性誤差）是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如±１％是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的±１％以內(nèi)。3）絕對(duì)精度（簡(jiǎn)稱精度）是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對(duì)精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全1時(shí)，實(shí)際輸出值與理想輸出值之差）、零點(diǎn)誤差（數(shù)碼輸入為全０時(shí)，DAC的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對(duì)精度（即最大誤差）應(yīng)小于1個(gè)LSB。4）建立時(shí)間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時(shí)，輸出模擬信號(hào)達(dá)到滿刻度值的±1/2LSB所需的時(shí)間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。電流輸出型DAC的建立時(shí)間短。電壓輸出型DAC的建立時(shí)間主要決定于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，可以將DAC分成高速（＜1μS)、中速（100～1μS）、低速（≥100μS）幾檔。應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。DAC的位數(shù)多時(shí)，分辨率會(huì)提高，對(duì)應(yīng)于影響精度的量化誤差會(huì)減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會(huì)使DAC的精度變差。6.1.2典型的D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832芯片由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換及控制電路三部分組成，如圖6-2所示。DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適應(yīng)于各種需要，如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832屬于倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部無(wú)運(yùn)算放大器。DAC0832的主要技術(shù)指標(biāo)：1）分辨率 8位2）電流建立時(shí)間 1μs3）只需在滿量程下調(diào)整其線性度4）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；5）低功耗 20mW6）單一電源 +5~+15V圖6.2DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)，低電平有效。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線，低電平有效。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。Iout2:電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線(+5v~+15v)Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v~+10v)AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好.6.1.3AA/D轉(zhuǎn)換器的按工作原理分為積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型等。積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。下面重點(diǎn)講述逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種采用對(duì)分搜索原理來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，邏輯框圖如圖6-3所示。圖6.3逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器邏輯框圖逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程和用天平稱重物非常相似。天平稱重物過(guò)程是，從最重的砝碼開(kāi)始試放，與被稱物體進(jìn)行比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。再加上第二個(gè)次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個(gè)砝碼是留下還是移去。照此一直加到最小一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量。仿照這一思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。圖6.3逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理：?jiǎn)?dòng)信號(hào)START發(fā)出后，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制邏輯使N位寄存器的最高位置1，其他位置0，其值送入D/A轉(zhuǎn)換器。輸入電壓首先與D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓（VREF/2）相比較，如VIN≥VREF/2，比較器輸出為1，若VIN<VREF/2，則為0。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的Dn-1位。然后在第二個(gè)脈沖作用下，N位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，則此時(shí)VN=（3/4）VREF。于是VIN再與（3/4）VREF相比較，如VIN≥（3/4）VREF，則次高位Dn-2存1，否則Dn-2=0；……。以此類推，逐次比較得到輸出數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1)ADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者說(shuō)分辨率為滿刻度FS的1/212。一個(gè)5V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化最小值是5V×1/212=1.22mV。2)偏移誤差是指輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值，所以有時(shí)又稱為零值誤差。假定ADC沒(méi)有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點(diǎn)的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。3)滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。4)線性度有時(shí)又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。5)絕對(duì)精度是指在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對(duì)精度。對(duì)于ADC而言，可以在每一個(gè)階梯的水平中點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，它包括了所有的誤差。6)ADC的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間（包括穩(wěn)定時(shí)間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。實(shí)例6-1D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用一：鋸齒波、三角波和方波發(fā)生器任務(wù)要求：以MSP430F249為控制核心，DAC0832為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易波形發(fā)生器，分別產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波，周期均為100ms，產(chǎn)生的波形如圖6.4所示。圖6.4鋸齒波、三角波和方波示意圖1）硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用通用的8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，DAC0832接成直通方式工作，工作和參考電源均為+5V。反相放大電路采用通用運(yùn)放uA741，工作電源為±15V，反饋電阻直接采用DAC0832的內(nèi)部電阻。MSP430F249單片機(jī)的P4口作為數(shù)據(jù)輸出口，D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果由仿真軟件的虛擬示波器進(jìn)行觀察。系統(tǒng)硬件電路如圖6.5所示。圖6.5簡(jiǎn)易波形發(fā)生器硬件電路2）程序設(shè)計(jì)為了精確控制輸出波形的周期，單片機(jī)CPU時(shí)鐘采用XT2外接8MHz晶振。設(shè)置MSP430F249單片機(jī)的P4口為輸出，P4口輸出的數(shù)據(jù)由小到大，例如從0到0xFF就能產(chǎn)生鋸齒波。要求產(chǎn)生的鋸齒波周期為100ms，因此，單片機(jī)輸出的每個(gè)數(shù)據(jù)保持時(shí)間為100000/256=390.625us；P4口輸出的數(shù)據(jù)由小到大，再由大到小，例如從0加一變化到0xFF，再?gòu)?xFF減一變化到0就能產(chǎn)生三角波，單片機(jī)輸出的每個(gè)數(shù)據(jù)保持時(shí)間為鋸齒波的一半，即195us；方波高電平-1V，低電平-5V，對(duì)應(yīng)的P4口數(shù)據(jù)分別51和255，方波高電平和低電平時(shí)間各為50ms。#include"MSP430F249.h"#defineCPU_F((double)8000000)//系統(tǒng)時(shí)鐘為8MHz#definedelay_us(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))#definedelay_ms(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))voidsawtooth(void){chari;P4OUT=i++;//i的值從0到255，不斷循環(huán)delay_us(390);//微秒的延時(shí)}voidtriangular(void){chari;for(i=0;i<255;i++){P4OUT=i;//i的值從0到255delay_us(195);//微秒的延時(shí)}for(i=255;i>0;i--){P4OUT=i;//i的值從0到255delay_us(195);//微秒的延時(shí)}}voidsquare(void){P4OUT=51;delay_ms(50);//毫秒的延時(shí)P4OUT=255;delay_ms(50);//毫秒的延時(shí)}voidmain(void){unsignedinti;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關(guān)看門(mén)狗BCSCTL1&=~XT2OFF; //使TX2有效,TX2上電時(shí)默認(rèn)為關(guān)閉的.do{IFG1&=~OFIFG; //清振蕩器失效標(biāo)志for(i=0xff;i>0;i--); //延時(shí),待穩(wěn)定.}while((IFG1&OFIFG)!=0); //若振蕩器失效標(biāo)志有效BCSCTL2|=SELM1;//使MCLK=XT2P4DIR=0XFF;while(1){sawtooth(); //鋸齒波//triangular(); //三角波//square(); //方波}}在IAR軟件430的編譯器里面我們可以利用它內(nèi)部的延時(shí)子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要的高精度軟件延時(shí)，方法如下：將以下代碼復(fù)制到你的*.C源文件中。

#defineCPU_F((double)8000000)

#definedelay_us(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))

#definedelay_ms(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))

在#defineCPU_F((double)8000000)語(yǔ)句里8000000修改成你當(dāng)前MSP430CPU的主頻頻率，即CPU的MCLK。單位為HZ。本例中的8000000為MCLK=8MHZ的意思。__delay_cycles()是編譯系統(tǒng)函數(shù)。3）仿真結(jié)果與分析通過(guò)子程序調(diào)用，分別仿真運(yùn)行后得到仿真結(jié)果如圖6.6至圖6.8所示，三種波形的幅值、周期均滿足課題要求。圖6.6周期100ms的鋸齒波圖6.7周期100ms的三角波圖6.8周期100ms的方波思考：1.本電路運(yùn)放需要±15v電源，請(qǐng)問(wèn)能采用單電源運(yùn)放完成本課題任務(wù)嗎？2.本電路輸出電壓為負(fù)，要得到正電壓輸出怎么實(shí)現(xiàn)？實(shí)例6.2D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用二：正弦波發(fā)生器任務(wù)要求：在實(shí)例6-1的簡(jiǎn)易波形發(fā)生器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)輸出，最大值±5v，頻率為50Hz。1）硬件電路設(shè)計(jì)圖6.5簡(jiǎn)易波形發(fā)生器硬件電路只能輸出0~-5V電壓，本課題要求輸出最大值±5V正弦信號(hào)，運(yùn)放電路采用兩級(jí)設(shè)計(jì)，第二級(jí)為加法電路，可以實(shí)現(xiàn)雙極性輸出。正弦波發(fā)生器如圖6.9所示，當(dāng)V1out=0時(shí)，V2out=+5V；當(dāng)V1out=-2.5V時(shí)，V2out=0；當(dāng)V1out=-5V時(shí)，V2out=-5V。因此，圖6.9雙極性電路就能實(shí)現(xiàn)輸出±5V電壓信號(hào)。圖6.9正弦波發(fā)生器電路2）程序設(shè)計(jì)由單片機(jī)產(chǎn)生正弦波信號(hào)一般方法是事先建立一張正弦波數(shù)據(jù)表，單片機(jī)按查表方式經(jīng)D/A輸出得到正弦波信號(hào)。我們采用的DA轉(zhuǎn)換器是8位的，因此正弦波數(shù)據(jù)表最多256個(gè)值。一般單片機(jī)輸出64點(diǎn)或128點(diǎn)，經(jīng)DA電路后得到的正弦波波形就比較完美了，下面我們以128點(diǎn)輸出為例完成本課題任務(wù)。要求正弦波頻率為50Hz，那么周期就是20ms，20000/128=156.25us，即單片機(jī)輸出的每個(gè)數(shù)據(jù)保持156us。為了得到128點(diǎn)的正弦波數(shù)據(jù)表，我們?cè)趍atlab環(huán)境中新建如下的m文件。x=0:1:127;%取128點(diǎn)Y=round(127*sin(2*pi*x/128))+128;%得到正弦波數(shù)據(jù)fid=fopen('d:\sin256.txt','w');%新建并打開(kāi)d:\sin256.txt文件，寫(xiě)允許fprintf(fid,'%d,',Y);%將數(shù)據(jù)寫(xiě)入d:\sin256.txt文件fclose(fid);%關(guān)閉d:\sin256.txt文件plot(x,Y)%畫(huà)圖查看正弦曲線matlab語(yǔ)句說(shuō)明：round（）為取整數(shù)函數(shù)，四舍五入，DA轉(zhuǎn)換值只能是正數(shù)；fopen（）和fclose（）分別為文件打開(kāi)和關(guān)閉函數(shù)。以上程序運(yùn)行后，可以到d盤(pán)根目錄中找到sin256.txt文件，得到正弦波數(shù)據(jù)。#include"MSP430F249.h"#defineCPU_F((double)8000000)//系統(tǒng)時(shí)鐘為8MHz#definedelay_us(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))#definedelay_ms(x)__delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))chardata_Sin[128]={128,134,140,147,153,159,165,171,177,182,188,193,199,204,209,213,218,222,226,230,234,237,240,243,245,248,250,251,253,254,254,255,255,255,254,254,253,251,250,248,245,243,240,237,234,230,226,222,218,213,209,204,199,193,188,182,177,171,165,159,153,147,140,134,128,122,116,109,103,97,91,85,79,74,68,63,57,52,47,43,38,34,30,26,22,19,16,13,11,8,6,5,3,2,2,1,1,1,2,2,3,5,6,8,11,13,16,19,22,26,30,34,38,43,47,52,57,63,68,74,79,85,91,97,103,109,116,122};//128點(diǎn)正弦波樣本值intmain(void){chari;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;P4DIR=0xFF;//P4口輸出while(1){for(i=0;i<128;i++){P4OUT=data_Sin[i];delay_us(156);//微秒的延時(shí)}}}3）仿真結(jié)果與分析圖6.10D/A輸出的正弦波信號(hào)A通道是最大值范圍±5V，頻率50Hz的正弦波信號(hào)；B通道是最大值范圍0~-5V，頻率50Hz的正弦波信號(hào)；A通道和B通道輸出信號(hào)相位相差180度。MSP430F249的A/D轉(zhuǎn)換器MSP430F249單片機(jī)內(nèi)置了ADC12模塊，ADC12是一個(gè)12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊。從圖6.11ADC12結(jié)構(gòu)圖中可以看出，ADC12模塊中是由以下部分組成：輸入的16路模擬開(kāi)關(guān)，ADC內(nèi)部電壓參考源，ADC12內(nèi)核，ADC時(shí)鐘源部分，采集與保持/觸發(fā)源部分，ADC數(shù)據(jù)輸出部分，ADC控制寄存器等組成。圖6.11ADC12結(jié)構(gòu)圖1)輸入的16路模擬開(kāi)關(guān)16路模擬開(kāi)關(guān)選擇外部的8路模擬信號(hào)輸入和內(nèi)部4路參考電源輸入。外部8路從A0~A7輸入，主要是外部測(cè)量時(shí)的模擬變量信號(hào)。內(nèi)部4路分別是：1路Veref+，外部參考電源的正端；1路Vref-/Veref-，內(nèi)部/外部參考電源負(fù)端；1路（AVCC-AVSS）/2電壓源；1路內(nèi)部溫度傳感器源。片內(nèi)溫度傳感器可以用于測(cè)量芯片上的溫度，而其他電源參考源輸入可以用作ADC12的校驗(yàn)之用，在設(shè)計(jì)時(shí)可作自身校準(zhǔn)。2)ADC內(nèi)部電壓參考源ADC電壓參考源是用于給ADC12內(nèi)核作為一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)之用的，這是ADC必不可少的一部分。在ADC12模塊中基準(zhǔn)電壓源可以通過(guò)軟件來(lái)設(shè)置6種不同的組合。VR+（有3種）AVCC，Vref+,Veref+；VR-（有2種）AVSS,Vref-/Veref-。3)ADC12內(nèi)核ADC12的模塊內(nèi)核是共用的，通過(guò)前端的模擬開(kāi)關(guān)分別完成采集輸入。ADC12是一個(gè)精度為12位的ADC內(nèi)核。內(nèi)核在轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)用到兩個(gè)參考基準(zhǔn)電壓，一個(gè)是最大值，當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)輸出的模擬變量大于或等于最大值時(shí)ADC內(nèi)核的輸出數(shù)字量為滿量程，也就是0xfff；另一個(gè)則是最小值，當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)輸出的模擬變量小于或等于最小值時(shí)ADC內(nèi)核的輸出數(shù)字量為最低量程，也就是0x00。而這兩個(gè)參考電壓是可以通過(guò)軟件來(lái)編程設(shè)置的。4)ADC時(shí)鐘源部分ADC12的時(shí)鐘源分別有ADC12OSC，ACLK，MCLK，SMCLK。通過(guò)編程可以選擇其中之一的時(shí)鐘源，同時(shí)還可以適當(dāng)?shù)姆诸l。5)采集與保持,觸發(fā)源部分ADC12模塊中有著較好的采集與保持電路，采用不同的設(shè)置有著靈活的應(yīng)用。6)ADC數(shù)據(jù)輸出部分ADC內(nèi)核在每次完成轉(zhuǎn)換時(shí)都會(huì)將相應(yīng)通道上的輸出結(jié)果存貯到相應(yīng)通道緩沖區(qū)單元中，共有16個(gè)通道緩沖單元。同時(shí)16個(gè)通道的緩沖單元有著相對(duì)應(yīng)的控制寄存器，以實(shí)現(xiàn)更靈活的控制。ADC12模塊采樣與轉(zhuǎn)換所需的時(shí)序控制：ADC12CLK轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，SAMPCON采樣及轉(zhuǎn)換信號(hào)，SHT控制的采樣周期，SHS控制的采樣觸發(fā)源，ADC12SSEL選擇的內(nèi)核時(shí)鐘源，ADC12DIV選擇的分頻系數(shù)。具體如何設(shè)置，見(jiàn)寄存器說(shuō)明部分。ADC12模塊有4種轉(zhuǎn)換模式：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換和序列通道多次轉(zhuǎn)換，它們由寄存器ADC12CTL1中的CONSEQx位進(jìn)行選擇。（1）單通道單次轉(zhuǎn)換模式（2）序列通道單次轉(zhuǎn)換模式（3）單通道多次轉(zhuǎn)換模式（4）序列通道多次轉(zhuǎn)換模式ADC12模塊的所有寄存器：序號(hào)地址寄存器符號(hào)寄存器名稱101A0HADC12CTL0轉(zhuǎn)換控制寄存器0201A2HADC12CTL1轉(zhuǎn)換控制寄存器1301A4HADC12IFG中斷標(biāo)志寄存器401A6HADC12IE中斷使能寄存器501A8HADC12IV中斷向量寄存器6…210140H…015EHADC12MCTL0…ADC12MCTL15存儲(chǔ)控制寄存器0…存儲(chǔ)控制寄存器1522…37080H…08FHADC12MEM0…ADC12MEM15存儲(chǔ)寄存器0…存儲(chǔ)寄存器15ADC12控制寄存器0，ADC12CTL015141312111098SHT1xSHT0x76543210MSCREF2.5VREFONADC12ONADC12OVIEADC12TVIEENCADC12SCSHT1x(x=0~3)定義ADC12MEM8~ADC12MEM15的采樣保持時(shí)間SHT0x(x=0~3) 定義ADC12MEM0~ADC12MEM7的采樣保持時(shí)間SHT00SHT03ADC12CLK的周期宏定義SHT00SHT03ADC12CLK的周期宏定義00004SHT0_01000256SHT0_800018SHT0_11001384SHT0_9001016SHT0_21010512SHT0_10001132SHT0_31011768SHT0_11010064SHT0_411001024SHT0_12010196SHT0_511011024SHT0_130110128SHT0_611101024SHT0_140111192SHT0_711111024SHT0_15注：SHT10~SHT13的宏定義為SHT1_0~SHT1_15，SHT1定義的ADC12CLK的周期同上表。MSC 多次采樣轉(zhuǎn)換位，序列通道或單通道多次轉(zhuǎn)換模式有效。0表示每次采樣轉(zhuǎn)換過(guò)程需要SHI信號(hào)的上升沿來(lái)觸發(fā)；1表示SHI信號(hào)的第一個(gè)上升沿觸發(fā)采樣定時(shí)器，但隨后的采樣轉(zhuǎn)換在上次轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)進(jìn)行。REF2.5V 內(nèi)部參考電壓的電壓值選擇位:0選擇1.5V內(nèi)部參考電壓;1 選擇2.5V內(nèi)部參考電壓。REFON 參考電壓控制:0內(nèi)部參考電壓發(fā)生器關(guān)閉，1內(nèi)部參考電壓發(fā)生器打開(kāi)。ADC12ONADC12內(nèi)核控制位:0關(guān)閉ADC12內(nèi)核,1打開(kāi)ADC12內(nèi)核。ADC12OVIE溢出中斷允許位:0溢出中斷允許,1溢出中斷禁止。 當(dāng)ADC12MEMx中原有的數(shù)據(jù)還沒(méi)有被讀出，而現(xiàn)在又有新的轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)要寫(xiě)入時(shí)，則會(huì)發(fā)生溢出。如果相應(yīng)的中斷允許，則會(huì)發(fā)生中斷請(qǐng)求。ADC12TVIE轉(zhuǎn)換時(shí)間溢出中斷允許位：0沒(méi)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)間溢出，1發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)間溢出。當(dāng)前轉(zhuǎn)換還沒(méi)有完成時(shí)，又發(fā)生一次采樣請(qǐng)求，則會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)間溢出。如果允許中斷，則會(huì)發(fā)生中斷請(qǐng)求。ENC 轉(zhuǎn)換允許位：0轉(zhuǎn)換禁止；1轉(zhuǎn)換允許。只有在該位為高電平時(shí)，才能用軟件或外部信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。ADC12SC啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制位：0不進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換；1啟動(dòng)采樣轉(zhuǎn)換。ADC12控制寄存器2，ADC12CTL215141312111098CSTARTADDxSHSxSHPISSH76543210ADC12DIVxADC12SSELxCONSEQADC12BUSYCSTARTADDx(x=0~3)指定轉(zhuǎn)換結(jié)果存放的存儲(chǔ)器起始地址：該4位表示的二進(jìn)制數(shù)0-15分別對(duì)應(yīng)ADC12MEM0-15，該4位定義了單次轉(zhuǎn)換地址或序列轉(zhuǎn)換的首地址。SHSx(x=0、1) 采樣保持的信號(hào)源選擇位。序號(hào)SHS1、SHS0信號(hào)源00ADC12SC01Timer_A.OUT110Timer_B.OUT011Timer_B.OUT1SHP 采樣信號(hào)(SAMPCON)選擇控制位：0SAMPCON信號(hào)來(lái)自采樣觸發(fā)輸入信號(hào)；1SAMPCON信號(hào)來(lái)自采樣定時(shí)器。ISSH采樣輸入信號(hào)方向控制位：0采樣輸入信號(hào)為同向輸入；1采樣輸入信號(hào)為反向輸入。ADC12DIVx(x=0~2)ADC12時(shí)鐘源分頻因子選擇位ADC12DIV2~ADC12DIV0分頻宏定義0001ADC12DIV_00012ADC12DIV_10103ADC12DIV_20114ADC12DIV_31005ADC12DIV_41016ADC12DIV_51107ADC12DIV_61118ADC12DIV_7ADC12SSELx(x=0、1)ADC12時(shí)鐘源選擇。序號(hào)ADC12SSEL1ADC12SSEL0時(shí)鐘源宏定義00ADC12OSCADC12SSEL_001ACLKADC12SSEL_110MCLKADC12SSEL_211SMCLKADC12SSEL_3CONSEQx(x=0、1)轉(zhuǎn)換模式選擇位。序號(hào)CONSEQ1CONSEQ0轉(zhuǎn)換模式選擇宏定義00單通道單次轉(zhuǎn)換模式CONSEQ_001序列通道單次轉(zhuǎn)換模式CONSEQ_110單通道多次轉(zhuǎn)換模式CONSEQ_211序列通道多次轉(zhuǎn)換模式CONSEQ_3ADC12BUSYADC12忙標(biāo)志位：0表示沒(méi)有活動(dòng)的操作；1 表示ADC12正處于采樣期間、轉(zhuǎn)換期間或序列轉(zhuǎn)換期間。轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器，ADC12MEM0~ADC12MEM151514131211~00000MSB~LSB12位轉(zhuǎn)換結(jié)果只用低12位，高4位在讀出時(shí)為0。12位轉(zhuǎn)換結(jié)果是右對(duì)齊的。ADC12轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器控制寄存器，ADC12MCTL0~ADC12MCTL1576543210EOSSREFxINCHxEOS序列結(jié)束控制位：0序列沒(méi)有結(jié)束；1此序列中最后一次轉(zhuǎn)換SREFx(x=0~2)參考電壓源選擇位。SREF2~SREF0VR+VR-宏定義000AVCCAVSSSREF_0001AREF+AVSSSREF_1010AeREF+AVSSSREF_2011AeREF+AVSSSREF_3100AVCCVREF-/VeREF-SREF_4101VREF+VREF-/VeREF-SREF_5110AeREF+VREF-/VeREF-SREF_6111AeREF+VREF-/VeREF-SREF_7INCHx(x=0~3)輸入通道選擇位。INCH3~INCH0輸入通道宏定義INCH3~INCH0輸入通道宏定義0000A0INCH_00110A6INCH_60001A1INCH_10111A7INCH_70010A2INCH_21000VeREF+INCH_80011A3INCH_31001VeREF-/VeREF-INCH_90100A4INCH_41010片內(nèi)溫度傳感器INCH_100101A5INCH_51011~1111(AVCC-AVSS)/2INCH_11~INCH_15中斷使能寄存器，ADC12IE151413~210ADC12IE15ADC12IE14ADC12IE13~ADC12IE2ADC12IE1ADC12IE0ADC12IE0~ADC12IE15為0時(shí)，禁止相應(yīng)的中斷；為1時(shí)，允許相應(yīng)的中斷。中斷標(biāo)志寄存器，ADC12IFG151413~210ADC12IFG15ADC12IFG14ADC12IFG13~ADC12IFG2ADC12IFG1ADC12IFG0當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，相應(yīng)的寄存器有轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，中斷標(biāo)志ADC12IFG0~ADC12IFG15建立中斷向量寄存器，ADC12IV15-65-10全部為0ADC12IV的值0ADC12是一個(gè)多源中斷：有18個(gè)中斷標(biāo)志(ADC12IFG.0—ADC12IFG.15、ADC12TOV、ADC12OV)但只有一個(gè)中斷向量。實(shí)例6.3簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表任務(wù)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字電壓表，輸入電壓范圍0~2.5V，用4位數(shù)碼管顯示，3位小數(shù)。1）硬件電路設(shè)計(jì)MSP430F249單片機(jī)的內(nèi)部包含12位ADC模塊。AD轉(zhuǎn)換參考電源采用內(nèi)部2.5V作為基準(zhǔn)，AVSS接地，VREF接10uF電容。外部被測(cè)電壓+2.5V經(jīng)電位器接入AD轉(zhuǎn)換器的A0通道。顯示電路采用4位數(shù)碼管模塊動(dòng)態(tài)顯示，P4口為段碼，P5口低4位為位碼。此電路僅做功能仿真，實(shí)際顯示電路需加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。2）程序設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換采用單通道單次轉(zhuǎn)換模式，程序采用查詢方式讀取AD轉(zhuǎn)換值，然后進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。AD轉(zhuǎn)換基本設(shè)置為允許ADC12內(nèi)核工作，時(shí)鐘源選用內(nèi)部ADC12OSC，使用內(nèi)部參考電壓2.5V，上限Vr+=Vref+，下限Vr-=AVss，選擇A0通道，使用采樣定時(shí)器，采樣保持時(shí)間為4個(gè)ADC12CLK周期。12位AD轉(zhuǎn)換值為0~4095，量程轉(zhuǎn)換公式為ADC12MEM0*2500/4096。顯示部分為4位共陽(yáng)極數(shù)碼管電路，采用動(dòng)態(tài)掃描方式，每位點(diǎn)亮2ms（仿真時(shí)根據(jù)顯示效果調(diào)整k值大?。?，不斷循環(huán)。AD采樣最快200ksps，一般采樣周期幾十到幾百微秒，不影響數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。#include<msp430x24x.h>unsignedcharled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};//共陽(yáng)極數(shù)碼管段碼charposition[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//數(shù)碼管位碼unsignedcharled_buf[]={0,0,0,0,0};//顯示緩沖區(qū)longdata;voiddata_to_buf(void)//值送顯示緩沖區(qū)函數(shù){chari;for(i=0;i<4;i++){led_buf[i]=data%10;data=data/10;}}voiddisp(void)//掃描顯示函數(shù){chari;unsignedintk;for(i=0;i<4;i++){P4OUT=led[led_buf[i]];P5OUT=position[i];if(i==3)P4OUT&=0X7F;//小數(shù)點(diǎn)for(k=0;k<600;k++){}//延時(shí)P5OUT=0X00;//關(guān)顯示}}voidmain(void){volatileunsignedinti;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看門(mén)狗P4DIR=0xFF;//設(shè)置P4口為輸出P5DIR=0xFF;//設(shè)置P5口為輸出P6SEL|=0x01;//IO口設(shè)置為AD功能ADC12CTL0=ADC12ON+REFON+REF2_5V;//ADC12工作，使用內(nèi)部參考電壓2.5vADC12CTL1=SHP;//使用采樣定時(shí)器ADC12MCTL0=SREF_1;//Vr+=Vref+，Vr-=AVss，選擇A0通道for(i=0;i<0x3600;i++){}//延時(shí)等待參考電壓建立ADC12CTL0|=ENC;//允許轉(zhuǎn)換while(1){ADC12CTL0|=ADC12SC;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while((ADC12IFG&BIT0)==0);//查詢方式，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束//data=(long)ADC12MEM0*2500/4096;//仿真時(shí)有點(diǎn)問(wèn)題，用以下語(yǔ)句代替data=(long)ADC12MEM0*25;data=data*10;data=data*10;data=data/4096;data_to_buf();//數(shù)據(jù)送顯示緩沖區(qū)disp();//顯示程序}}3）仿真結(jié)果與分析圖6.12簡(jiǎn)單的數(shù)字電壓表外部輸入電壓經(jīng)電位器接入到A0采樣通道，AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)為內(nèi)部2.5V。圖6.12中電壓表顯示0.36V，數(shù)碼管顯示0.357V，忽略誤差，兩者基本一致，我們認(rèn)為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果正確。多次調(diào)整電位器，觀察數(shù)碼管顯示的電壓值均符合實(shí)際所測(cè)電壓值，因此，完成了“簡(jiǎn)單的數(shù)字電壓表”課題任務(wù)。思考：如果采用外部參考電壓，硬件電路和程序設(shè)計(jì)如何改動(dòng)？

實(shí)例6-4AD采樣，數(shù)字濾波算法任務(wù)要求：要求在實(shí)例6-3的基礎(chǔ)上，AD采樣轉(zhuǎn)換十次，數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值再顯示，從而提高軟件抗干擾能力。分析說(shuō)明：實(shí)例6-3中，AD采樣轉(zhuǎn)換一次，數(shù)據(jù)就輸出顯示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在各種干擾因素，顯示的數(shù)據(jù)可能不穩(wěn)定，即輸入電壓不變，LED顯示的數(shù)據(jù)不斷變化。除了采用必要的硬件抗干擾措施外，一般在程序中也要采取抗干擾措施。硬件設(shè)計(jì)硬件電路參見(jiàn)圖6.13所示。程序設(shè)計(jì)方法一：利用ADC12模塊單通道多次轉(zhuǎn)換模式#include<MSP430F249.h>#defineNum_of_Results10staticunsignedintresults[Num_of_Results];//轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)組unsignedcharled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};//共陽(yáng)極數(shù)碼管charposition[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};unsignedcharled_buf[]={0,0,0,0};//顯示緩沖區(qū)unsignedlongdata;voiddata_to_buf(void)//值送顯示緩沖區(qū)函數(shù){chari;for(i=0;i<4;i++){led_buf[i]=data%10;data=data/10;}}voiddisp(void)//掃描顯示函數(shù){chari;unsignedintk;for(i=0;i<4;i++){P4OUT=led[led_buf[i]];P5OUT=position[i];if(i==3)P4OUT&=0X7F;//小數(shù)點(diǎn)for(k=0;k<600;k++){}//延時(shí)P5OUT=0X00;//關(guān)顯示}}voidmain(void){chari;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看門(mén)狗P4DIR=0xFF;//設(shè)置P4口為輸出P5DIR=0xFF;//設(shè)置P5口為輸出P6SEL|=0x01;//打開(kāi)A/D輸入通道A0ADC12CTL0=ADC12ON+SHT0_15+MSC;//開(kāi)ADC12模塊,采集時(shí)間分頻系數(shù)n=1024，僅需SHI信號(hào)首次觸發(fā)ADC12CTL1=SHP+CONSEQ_2+ADC12DIV_7;//采樣信號(hào)來(lái)自采樣定時(shí)器，單通道多次轉(zhuǎn)換模式,ADC12時(shí)鐘8分頻ADC12IE=0x01;//允許A0中斷ADC12IFG.0ADC12CTL0|=ENC;//允許轉(zhuǎn)換ADC12CTL0|=ADC12SC;//開(kāi)始轉(zhuǎn)換_EINT();while(1){data=0;for(i=0;i<Num_of_Results;i++){data=data+results[i];}data=data/Num_of_Results;//求平均值data=data*50;data=data*10;data=data*10;data=data/4096;data_to_buf();//數(shù)據(jù)送顯示緩沖區(qū)disp();//顯示程序}}#pragmavector=ADC12_VECTOR__interruptvoidADC12_ISR(void){staticunsignedcharindex=0;results[index]=ADC12MEM0;// 移動(dòng)結(jié)果//index=(index+1)%Num_of_Results;//索引增加，取index變量的模(余數(shù))index++;if(index==10)index=0;}方法二：改寫(xiě)實(shí)例6-3程序，使用外部參考電壓5v#include<msp430x24x.h>unsignedcharled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};//共陽(yáng)極數(shù)碼管charposition[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};unsignedcharled_buf[]={0,0,0,0,0};//顯示緩沖區(qū)longdata;voiddata_to_buf(void)//值送顯示緩沖區(qū)函數(shù){chari;for(i=0;i<4;i++){led_buf[i]=data%10;//取余數(shù)，先取個(gè)位，再取十位、百位、千位data=data/10;}}voiddisp(void)//掃描顯示函數(shù){chari;unsignedintk;for(i=0;i<4;i++){P4OUT=led[led_buf[i]];P5OUT=position[i];if(i==3)P4OUT&=0X7F;//小數(shù)點(diǎn)for(k=0;k<600;k++){}//延時(shí)P5OUT=0X00;//關(guān)顯示}}voidmain(void){chark,m;volatileunsignedinti;m=10;//采樣m次取平均值WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看門(mén)狗P4DIR=0xFF;//設(shè)置P4口為輸出P5DIR=0xFF;//設(shè)置P5口為輸出P6SEL|=0x01;//IO口設(shè)置為AD功能ADC12CTL0=ADC12ON;//ADC12工作，使用外部參考電壓5vADC12CTL1=SHP;//使用采樣定時(shí)器ADC12MCTL0=SREF_1;//Vr+=Vref+，Vr-=AVss，選擇A0通道for(i=0;i<0x3600;i++){}//延時(shí)等待參考電壓建立ADC12CTL0|=ENC;//允許轉(zhuǎn)換while(1){ADC12CTL0|=ADC12SC;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換while((ADC12IFG&BIT0)==0);//查詢方式，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束k++;data=data+ADC12MEM0;if(k==m){data=data/m;//計(jì)算平均值//data=(long)data*5000/4096;data=data*50;data=data*10;data=data*10;data=data/4096;data_to_buf();//數(shù)據(jù)送顯示緩沖區(qū)k=0;data=0;}disp();//顯示程序}}仿真與結(jié)果分析圖6.13實(shí)例6.4仿真結(jié)果圖實(shí)例6-5A/D采樣，多路電壓信號(hào)任務(wù)要求：4路電壓信號(hào)輸入，電壓范圍0~5V。單片機(jī)A0~A3通道輪流采樣轉(zhuǎn)換，4位LED數(shù)碼管輪流顯示4路電壓值。1）硬件電路設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換器參考電壓為外部AVCC，即+5V電壓，外部4路電壓信號(hào)由電位器引入到單片機(jī)A0~A3通道。顯示電路采用4位數(shù)碼管模塊動(dòng)態(tài)顯示，P4口為段碼，P5口低4位為位碼。為了方便觀察4路電壓值，仿真電路中加入了4路電壓探針。此電路僅做功能仿真，實(shí)際顯示電路需加適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。硬件電路如圖6.14所示。2）程序設(shè)計(jì)采用ADC12序列通道多次采樣模式，采樣信號(hào)由SHI第一個(gè)上升沿觸發(fā)，隨后的采樣轉(zhuǎn)換會(huì)在上次轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)行。為保證采樣轉(zhuǎn)換的抗干擾能力，每通道數(shù)據(jù)取多次采樣值的算術(shù)平均值，4路信號(hào)輪流顯示。#include<msp430x24x.h>#defineNum_of_Results8staticunsignedintA0results[Num_of_Results];//A0結(jié)果數(shù)組staticunsignedintA1results[Num_of_Results];//A1結(jié)果數(shù)組staticunsignedintA2results[Num_of_Results];//A2結(jié)果數(shù)組staticunsignedintA3results[Num_of_Results];//A3結(jié)果數(shù)組unsignedcharled[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};//共陽(yáng)極數(shù)碼管charposition[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};unsignedcharled_buf[]={0,0,0,0};//顯示緩沖區(qū)unsignedlongdata;voiddata_to_buf(void)//值送顯示緩沖區(qū)函數(shù){chari;for(i=0;i<4;i++){led_buf[i]=data%10;data=data/10;}}voiddisp(void)//掃描顯示函數(shù){chari;unsignedintk;for(i=0;i<4;i++){P4OUT=led[led_buf[i]];P5OUT=position[i];if(i==3)P4OUT&=0X7F;//小數(shù)點(diǎn)for(k=0;k<600;k++){}//延時(shí)P5OUT=0X00;//關(guān)顯示}}voidmain(void){chari;unsignedlongdata1,data2,data3,data4;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;// 停止看門(mén)狗P4DIR=0xFF;//設(shè)置P4口為輸出P5DIR=0xFF;//設(shè)置P5口為輸出P6SEL=0x0F;// 打開(kāi)A0-A3A/D通道輸入ADC12CTL0=ADC12ON+SHT0_15+MSC;//開(kāi)ADC12模塊+采樣信號(hào)由SHI僅首次觸發(fā)//采集定時(shí)器分頻系數(shù)n=1024,ADC12CTL1=SHP+CONSEQ_3+ADC12DIV_7;//使用采樣定時(shí)器輸出作采集/轉(zhuǎn)換信號(hào)SAMPCON//重復(fù)序列采樣模式+ADC12SSEL_2ADC12MCTL0=INCH_0;// 參考電壓ref+=AVcc,輸入通道選擇為A0ADC12MCTL1=INCH_1;//參考電壓ref+=AVcc,輸入通道選擇為A1ADC12MCTL2=INCH_2;//參考電壓ref+=AVcc,輸入通道選擇為A2ADC12MCTL3=INCH_3+EOS;//參考電壓ref+=AVcc,輸入通道選擇為A3