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摘要： 歸納SOC型芯片C8051F020中模數轉換部分的應用要素，包括精度與通道、速率與啟動、基準與增益、數據與控制，提出編程及相關SFR的操作順序。 關鍵詞： 片上系統（SOC） A/D轉換（ADC） 特殊功能寄存器（SFR） C8051F020（簡稱F020）是美國德州Cygnal公司推出的一種混合信號SOC型8位單片機。它屬于C8051F系列中的F02x子系列。其性能價格比在目前應用領域極具競爭力。F020具有8路12位A/D轉換（簡稱ADC）接口和8路8位在線可編程（ISP）的ADC電路，片上的特殊功能寄存器（簡稱SFR）有15個與ADC的控制相關，它們是： AMUX0SL——AMUX0通道選擇寄存器，復位值為00000000； MAX0CF——AMUX0配置寄存器，復位值為00000000； ADC0CF——ADC0配置寄存器，復位值為11111000； ADC0CN——ADC0控制寄存器，復位值為00000000； ADC0H——ADC0數據字MSB寄存器，復位值為00000000； ADC0L——ADC0數據字LSB寄存器，復位值為00000000； ADC0GTH——ADC0下限數據高字節寄存器，復位值為11111111； ADC0GTL——ADC0下限數據低字節寄存器，復位值為11111111； ADC0LTH——ADC0上限數據高字節寄存器，復位值為00000000； ADC0LTL——ADC0上限數據低字節寄存器，復位值為00000000； AMX1SL——AMUX1通道選擇寄存器，復位值為00000000； ADC1CN——ADC1控制寄存器，復位值為00000000； ADC1CF——ADC1配置寄存器，復位值為11111000； ADC1——ADC1數據字寄存器，復位值為00000000； REF0CN——基準電壓控制寄存器，復位值為00000000。 ADC是混合信號控制器的重要功能，如欲在應用編程中得心應手，就必須對其相關的要素有較清晰的整體認識。 1 ADC的精度與通道 F020采用TQFP100封裝，芯片引腳有8個（引腳18～25）專用于模擬輸入，是8路12位ADC的輸入端。每路12位的轉換精度都是其自身的±1LSB（最低位）。實際上，對于12位逐次逼近寄存器型（SAR）ADC只有1個，在它與各輸入端之間有1個具有9通道輸入的多路選擇開關（可配置模擬多路開關AMUX）。AMUX的第9通道連接溫度傳感器。在F020中，12位ADC稱為ADC0，另有8路8位在系統可編程（ISP）的ADC電路稱為ADC1。其8個外接引腳與P1口復用，片內結構與ADC0相近，只是轉換的位數為8位，轉換精度為8位的±1LSB。 ADC0端口的每一對均可用編程設置成為分別地單端輸入或差分輸入。差分輸入時的端口配對為0-1、2-3、4-5、6-7，此設置由通道選擇寄存器AMUX0SL的低4位和通道配置寄存器AMUX0CF的低4位確定。在AMX0CF中，位3～0各對應2個引腳通道。位值=0，表示是獨立的單端輸入（復位值均為單端輸入）；位值=1，表示是差分輸入對。對應AMX0CF選差分輸入時，AMUX0SL中只有在選雙數（含0）通道時才有效（注：AMUX0SL低4位為1xxx時，不論AMX0CF低4位為何值，均選溫度傳感器）。 將REF0CN的位3置“1”時，允許使用溫度傳感器；置“0”時，溫度傳感器的輸出為高阻態。溫度傳感器的值可用于修正參數的非線性或記錄、調整與溫度相關的數據。 2 ADC的速率與啟動 C8051F系列單片機中ADC的速率都是可用編程設置的，但最少要用16個系統時鐘。一般在轉換之前還自動加上3個系統時鐘的跟蹤/保持捕獲時間（>1.5 μs ）。設置F020內ADC速率的方法是通過配置寄存器ADCxCF(x為0或1)的位7～3來進行的，其復位值為11111（位7～3=SYSCLK/CLK SAR-1）。 一般在啟動ADC之前都要處于跟蹤方式，控制寄存器ADCxCN的位6如果為“0”，則一直處于跟蹤方式（此時啟動4種啟動方式都可比跟蹤啟動快3個系統時鐘）；如為“1”，則有4種跟蹤啟動方式可選擇，即對ADCxCN中的位3～2賦值：00為向ADBUSY寫1時跟蹤（軟件命令）；01為定時器3溢出跟蹤；10為CNVSTR上升沿跟蹤（外部信號）；11為定時器2溢出跟蹤。 復位時，ADCxCN的位7為0，處于關斷狀態。每次轉換結束時，ADCxCN的位5為“1”，位4（忙標志）的下降沿觸發結構中斷，也可用軟件查詢這些狀態位。 3 ADC的基準與增益 F020的片內有1個1.2V、15×10 -6/℃的帶隙電壓基準發生器和1個兩倍增益的輸出緩沖器。2.4V的基準電壓（VREF）可通過外引腳分別接入ADC0、ADC1和DAC中。VREF對外帶載能力為200 μA （建議在驅動外部負載時，對地接1個負載電阻）。ADC使用偏置時，必須將參考源控制寄存器REFcCN中的位1置“1”；如果“0”，則關閉內部偏壓，此時可通過VREF引腳（引腳12）使用外部基準電壓，外部基準電壓必須小于VAV±0.3V（還要大于1V）。不用ADC，也不用DAC時，可將REFxCN的位0置“0”，使緩沖放大器處于省電方式（輸出為高阻態）。 設置REF0CN的位4為“0”時，ADC0用VREF偏置，為“1”時，用DAC0輸出偏置；設置REF0CN的位3為“0”時，ADC1用VREF偏置，為“1”時，用AV+偏置。 在F020的ADC電路中，輸入多路選擇開關AMUX后面都帶有1個可用編程設置增益的內部放大器（PGA）。當各模擬通道之間輸入的電壓信號范圍差距較大時，或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時（在差分輸入方式，DAC可用于提供直流偏移）顯得尤為有用。設置的方式是配置ADCxCF中的位2～0（000對應PGA的增益為1；001對應為2；010對應為4；011對應為8；10x對應為16、11x對應為0.5）。這里的增益對溫度傳感器信號也起作用。當增益為1時，VTEMP=0.002 86(V/℃)(TEMPC) ℃+0.776V。 4 ADC的數據與控制 對應單端輸入，ADC結果數據字格式為：0V——0000，VREF——0FFF或FFF0。 對應差分輸入，ADC結果數據字格式為2的補碼：VREF——07FF，0——0000，-VREF——F800或8000。 將ADCxCN的位0置“0”可使結果右對齊；置“1”可使結果左對齊。當差分輸入時，右對齊產生的多余高位是符號擴展位。 C8051F系列單片機內還設有數據相關窗口中斷發生器或稱可編程窗口檢測器，也叫ADC上（下）限數據寄存器ADC0G（L）TH（L），用后臺方式監視一個關鍵電壓。當轉換數據位于規定的窗口之內（或之外）時，向控制器申請轉換結束中斷。要求在窗口之內中斷時，上限寄存器LT裝入高位窗口數，下限寄存器GT裝入低位窗口數；若要求在窗口之外中斷時，則在下限寄存器GT中裝入高位窗口數，在上限寄存器LT中裝入下限窗口數。 復位時，ADC部分的狀態為：內部電壓基準緩沖器關閉、內部偏壓關閉、內部傳感器關閉、ADC禁止、轉換結果數據寄存器右對齊、12位的端口均為單端輸入、端口指向AIN0、SAR轉換33個系統時鐘、內部放大器增益為1、下限數據寄存器為FFFFH、上限數據寄存器為0000H。 綜合F020中與ADC相關的各要素，要想正確應用ADC功能，應按下列順序編程：設置參考電壓>設置允許ADC>設置跟蹤（啟動）方式>設定數據對齊>配置通道>選擇通道>設置轉換時鐘和增益>設定窗口檢測上、下限>啟動轉換。操作SFR的順序（以12位為例）為：REF0CH>ADC0CN>AMX0C>AMUX0SL>ADC0CF>ADC0GTH>ADC0GTL>ADC0LTH>ADC0LTL>ADC0CN或其它啟動方式。 |
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