第08章AD转换和DA转换

1、嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用1 1嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用28.1 A/D和D/A转换的基本问题8.2 DG128内部A/D转换模块8.3 DG128内部A/D转换编程实例8.4 高位AD扩展接口8.5 扩展实现DA转换8.6 常用传感器嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用38.1 A/D8.1 A/D和和D/AD/A转换的基本问题转换的基本问题8.1.1 A/D8.1.1 A/D转换转换1 1采样精度采样精度2

2、2采样速率采样速率3 3滤波滤波4 4物理量回归物理量回归数字控制系统框图数字控制系统框图 参量/电压 转换 A/D 转换器 数字电子 计算机 D/A 转换器 被控制 对象 被测参量 数字量 模拟量 数字量 模拟量 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用48.1 A/D8.1 A/D和和D/AD/A转换的基本问题转换的基本问题8.1.2 A/D8.1.2 A/D转换器转换器积分型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用58.1 A/D8.1 A/D和和D/A

3、D/A转换的基本问题转换的基本问题8.1.3 D/A8.1.3 D/A转换转换D/A转换器的转换精度 分辨率转换误差D/A转换器的转换速度 建立时间tset转换速率SR嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用68.1 A/D8.1 A/D和和D/AD/A转换的基本问题转换的基本问题8.1.4 D/A8.1.4 D/A转换器转换器D/AD/A转换器的组成转换器的组成 开关网络开关网络电阻网络电阻网络集成运放组成比例求和电路集成运放组成比例求和电路倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS

4、12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用78.1 A/D8.1 A/D和和D/AD/A转换的基本问题转换的基本问题 VREF d2 uo I2 - + A ? + RF R R R 2R 2R 2R 2R 2R d3 d1 d0 I1 I3 I0 I2 IREF I1 I3 I0 S 2 I S 1 S 0 S 3 I n0 n1 n2 n3 4 4位位R-2RR-2R倒倒T T型型D/AD/A转换器转换器 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用88.2 DG128内部A/D转换模块8.2.1 DG128内部A/D转换模块寄存器A/D转换

5、控制寄存器2 A/D转换控制寄存器3 A/D转换控制寄存器4 A/D转换控制寄存器5 A/D转换状态寄存器0 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用98.2 DG128内部A/D转换模块8.2.1 DG128内部A/D转换模块寄存器A/D转换测试寄存器1 A/D转换状态寄存器1 A/D转换输入使能寄存器 A/D转换端口数据寄存器 A/D转换结果寄存器 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用108.2 DG128内部A/D转换模块8.2.2 A/D转换模块的基本编程方法1A/D转换初始化ATD

6、CTL2 = 0bATDCTL2 = 0b1111000000; 000000; /ATDCTL2.ADPU = 1/ATDCTL2.ADPU = 1为打开转换电源开关为打开转换电源开关 /ATDCTL2.AFFC = 1/ATDCTL2.AFFC = 1为为A/DA/D转换转换CCFCCF自动清自动清0 0位位 ATDCTL3 = 0b0000ATDCTL3 = 0b000010111011; ; /ATDCTL3.S1C = 1/ATDCTL3.S1C = 1表示序列长度为表示序列长度为1 1 /ATDCTL3.FIFO = 0/ATDCTL3.FIFO = 0为非为非FIFOFIFO模式

7、模式 /ATDCTL3.FRZ0/ATDCTL3.FRZ0FRZ1 = 11FRZ1 = 11表示立刻进入冻结模式表示立刻进入冻结模式 ATDCTL4 =0b000ATDCTL4 =0b0000011100111; ; /ATDCTL4.PRS4/ATDCTL4.PRS4PRS0 = 00111PRS0 = 00111表示总线频率表示总线频率1616分频分频 ATDCTL4 &=0bATDCTL4 &=0b0 01111111; 1111111; /ATDCTL4.SRES8 = 0/ATDCTL4.SRES8 = 0表示表示1010位转换精度位转换精度 嵌入式系统嵌入式系统-

8、使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用118.2 DG128内部A/D转换模块8.2.2 A/D转换模块的基本编程方法2启动A/D转换ATDCTL5 = 0bATDCTL5 = 0b0 00 01 10000000000; ; /ATDCTL5.DJM = 0,/ATDCTL5.DJM = 0,结果寄存器数据采用左调结果寄存器数据采用左调整方式整方式/ATDCTL5.SCAN = 1/ATDCTL5.SCAN = 1，连续转换序列，连续转换序列/ATDCTL5.CC/ATDCTL5.CCCA = 000CA = 000，启动，启动0 0通道转换通道转换嵌入式系统嵌

9、入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用128.2 DG128内部A/D转换模块8.2.2 A/D转换模块的基本编程方法3获A/D转换结果while(1) while(1) /判断判断ATDSTAT0ATDSTAT0的第的第7 7位是否为位是否为1 1 if(ATDSTAT0&(1 if(ATDSTAT0&(1 6); temp = (temp 6); break; break; return temp; return temp; /返回返回10-bit10-bit的转换结果的转换结果嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制

10、器的设计与应用微控制器的设计与应用138.3 DG128内部A/D转换编程实例8.3.1 A/D转换C语言头函数（ADC.h）/AD/AD转换寄存器及标志位定义转换寄存器及标志位定义#define #define SCFBitSCFBit 7 / 7 /转换完成标志位转换完成标志位/串行通信相关函数声明串行通信相关函数声明/A/D/A/D转换初始化转换初始化void void ADCInit(voidADCInit(void); ); /1/1路路1010位位A/DA/D转换转换INT16U ADCvalue(INT8U channel);INT16U ADCvalue(INT8U chann

11、el);/1/1路路1010位位A/DA/D转换转换( (中值滤波中值滤波) )INT16U ADCmid(INT8U channel);INT16U ADCmid(INT8U channel);/1/1路路1010位位A/DA/D转换转换( (平均值滤波平均值滤波) ) INT16U ADCave(INT8U n,INT8U channel); INT16U ADCave(INT8U n,INT8U channel); 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用148.3 DG128内部A/D转换编程实例8.3.2 A/D转换的C语言子函数（A

12、DC.c） A/D转换初始化 void ADCInit(void) 1路10位A/D转换函数 INT16U ADCvalue(INT8U channel) 1路A/D转换函数(中值滤波) INT16U ADCmid(INT8U channel) 1路A/D转换函数(均值滤波) INT16U ADCave(INT8U n,INT8U channel)嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用158.3 DG128内部A/D转换编程实例8.3.3 A/D转换测试实例主函数（main.c）第第1 1步：步：禁止总中断禁止总中断第第2 2步：步：芯片初始

13、化芯片初始化第第3 3步：步：串口初始化串口初始化第第4 4步：步：A/DA/D转换初始化转换初始化第第5 5步：步：在通道在通道0 0做做A/DA/D转换转换,200,200次中值滤波次中值滤波第第6 6步：步：发送高发送高8 8位数据位数据第第7 7步：步：发送低发送低8 8位位第第8 8步：步：延迟延迟第第9 9步：步：转第转第5 5步步嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用168.4 高位AD扩展接口8.4.1 A/D芯片TLC2543概述 引脚说明 编程要点 n控制字的格式n内部寄存器n转换过程与MCU的接口方法 1 20 2 19

14、 3 18 4 17 5 16 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11 AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5 AIN6 AIN7 AIN8 AIN9 Vcc EOC I/O CLOCK DATA INPUT DATA OUTPUT CS REF+ REF- AIN11 AIN10 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用178.4 高位AD扩展接口8.4.2 SPI模块与TLC2543的接口扩展 扩展电路设计 MC9S12DG128 PTC0 MISO MOSI SPSCK PTA1 PTA2 TLC2543(

15、第0片) AIN0 CS DATA OUT DATA NPUT I/O CLOCK AIN10 模拟量输入 TLC2543(第1片) AIN0 CS DATA OUT DATA INPUT I/O CLOCK AIN10 TLC2543(第2片) AIN0 CS DATA OUT DATA INPUT I/O CLOCK AIN10 PTA0嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用188.4 高位AD扩展接口8.4.2 SPI模块与TLC2543的接口扩展 编程方法n SPI头函数（SPI.h） lSPI通信寄存器及标志位定义 lSPI通信相关

16、函数声明 n TLC2543驱动函数（TLC2543_Driver.c）l1路AD转换函数 INT16U TLC2543(INT16U cs,INT8U channel)INT16U TLC2543(INT16U cs,INT8U channel) ln路AD均值滤波函数 void ADCP(INT8U n, INT8U void ADCP(INT8U n, INT8U cscs, INT8U channel, INT16U , INT8U channel, INT16U * * Values) Values) 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设

17、计与应用198.4 高位AD扩展接口8.4.2 SPI模块与TLC2543的接口扩展 应用举例：利用上述子程序实现n路A/D数据的采集，并进行平均值滤波。每一路取n次求平均。 void ADCP(INT8U n, INT8U void ADCP(INT8U n, INT8U cscs, INT8U channel, INT16U , INT8U channel, INT16U * * Values) Values)n n：均值滤波次数：均值滤波次数cscs：片数：片数ChannelChannel：每片的通道数：每片的通道数ValuesValues：ADAD平均值平均值 嵌入式系统嵌入式系统-使

18、用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用208.5 扩展实现DA转换8.5.1 DA芯片TLV5608概述 引脚说明TLV5608的控制寄存器 n 控制寄存器0(CTRL0)n 控制寄存器1(CTRL1)TLV5608工作原理 1 20 2 19 3 18 4 17 5 16 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11 DGND DIN SCLK FS PRE OUTE OUTF OUTG OUTH AGND DVDD DOUT LDAC MODE REF OUTD OUTC OUTB OUTA AVDD 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS12HCS12微控制器的设计与应用微控制器的设计与应用218.5 扩展实现DA转换8.5.2 SPI模块与TLV5608的接口实现 MC9S12DG128 PTA2 MOSI SPSCK PTA3 TLV5608(第0片) OUTA FS DIN SCLK OUTH MODE 模拟量输入 TLV5608(第1片) OUTA FS DIN SCLK OUTH MODE +5V 嵌入式系统嵌入式系统-使用使用HCS