第5章DSP的AD转换器

1、1第第5章章 DSP的的A/D转换器转换器本章内容：本章内容：5.1 F281x281x的的A/D转换器的特点5.2 自动排序器原理自动排序器原理5.3 自动排序模式自动排序模式5.4 ADCADC时钟定标时钟定标5.5 ADCADC寄存器寄存器5.6 ADCADC的的C语言编程实例语言编程实例25.1 F281x5.1 F281x的的A/DA/D转换器的特点转换器的特点 TMS320C281x DSP 控制器是一种控制器是一种32位单片机位单片机(Microcontroller)，即单片解决方案，即单片解决方案(Single Chip Solution), 也是由也是由CPU、存储器、接口等

2、组成、存储器、接口等组成。 DSP控制器片内接口部件（也称片内外设）有控制器片内接口部件（也称片内外设）有数字数字I/O接口、模接口、模/数转换模块、事件管理器模块、各数转换模块、事件管理器模块、各种通信模块（包括种通信模块（包括SCI串行通信接口、串行通信接口、 SPI串行外设串行外设接口、接口、CAN控制器模块、多通道缓冲串口控制器模块、多通道缓冲串口McBSP）等。等。3 281x DSP内部有一个内部有一个12位模位模/数转换器数转换器ADC （Analog to Digital Converter)，可有，可有16路模拟输入信号路模拟输入信号, 转换时间可以在转换时间可以在80 ns

3、以内。以内。16个结果寄存器个结果寄存器ADCRESULT015存储转换结果。存储转换结果。A/DA/D转换器的特点转换器的特点 12位位ADC模块，内含采样模块，内含采样/保持电路。保持电路。 同时采样或顺序采样模式。同时采样或顺序采样模式。 模拟输入范围模拟输入范围03V。 25 MHz的的ADC时钟频率，转换时间短。时钟频率，转换时间短。 16通道，多路选通输入。通道，多路选通输入。 可在一次采样中同时实现可在一次采样中同时实现16路自动转换的自动排序。路自动转换的自动排序。 排序器可以作为两个独立的排序器可以作为两个独立的8通道排序器或一个通道排序器或一个16通道排通道排序器序器(即级

4、联模式即级联模式)。16个结果寄存器存储转换结果，皆可独立寻址。个结果寄存器存储转换结果，皆可独立寻址。4多个触发源可以启动多个触发源可以启动A/D转换。包括软件转换。包括软件(S/W, Software )启动、事件管理器启动、事件管理器A/B(多个触发源多个触发源)启动、启动、外部引脚触发启动。外部引脚触发启动。灵活的中断控制，允许每个排序的结束灵活的中断控制，允许每个排序的结束(EOS, End of Sequence)或每两次或每两次EOS申请中断一次。申请中断一次。排序器可以工作在启动排序器可以工作在启动/停止模式，允许多个时间排停止模式，允许多个时间排序的触发源同步转换。序的触发源

5、同步转换。EVA、EVB触发源可以独立工作在双排序器模式。触发源可以独立工作在双排序器模式。采样保持采样保持(S/H)获取时间窗有单独的预分频时钟。获取时间窗有单独的预分频时钟。58 ADC InputsControl PeripheralsFast & Flexible 12-bit 16-Channel ADCl12.5 MSPS throughput (80ns pipeline conversion, 200ns single conversion) lDual sample/hold enable simultaneous sampling or sequencing sam

6、pling modeslAnalog input: 0V to 3Vl16 channel, multiplexed inputslAuto Sequencer supports up to 16 conversions without CPU interventionlSequencer can be operated as two independent 8-state sequencers or as one large 16-state sequencerlSixteen result registers (individually addressable) to store conv

7、ersion valuesResultRegisters16 wordsAnalogMUXPrescalerS/H012-bitADCModule8 ADC InputsAnalogMUXS/H1SYSCLKStart of ConversionAuto SequencerADCOn-Chip 12-bit Analog-to-Digital Converter6ADCADC模块原理框图模块原理框图7ADCADC寄存器寄存器ADC控制寄存器控制寄存器1 1：ADCTRL1。ADC控制寄存器控制寄存器2：ADCTRL2。ADC控制寄存器控制寄存器3：ADCTRL3。最大通道转换寄存器最大通道转换

8、寄存器: ADCMAXCONV。自动排序状态寄存器自动排序状态寄存器: ADCASEQSR。ADC状态和标志寄存器状态和标志寄存器: ADCST。ADC输入通道排序寄存器输入通道排序寄存器: ADCCHSELSEQ14。ADC转换结果缓冲寄存器转换结果缓冲寄存器: ADCRESULT015。85.2 5.2 自动排序器原理自动排序器原理 自动排序器可以对模拟通道的转换顺序进行排序。自动排序器可以对模拟通道的转换顺序进行排序。 ADC排序器由两个排序器由两个8状态排序器状态排序器SEQ1和和SEQ2组成，组成，也可以级联成一个也可以级联成一个16状态排序器。这里的状态指排序器状态排序器。这里的状

9、态指排序器中自动转换的数量。中自动转换的数量。 排序器有两种工作模式：单排序器即级联模式，排序器有两种工作模式：单排序器即级联模式，双排序器模式。双排序器模式。 单排序器可以有单排序器可以有16个转换通道。双排序器模式为两个转换通道。双排序器模式为两个独立的个独立的8状态（或状态（或8通道）转换。通道）转换。9单排序器单排序器( (级联级联) )模式的自动排序模式的自动排序ADCADC框图框图10双排序器模式的自动排序的双排序器模式的自动排序的ADCADC框图框图11ADC单操作模式和级联操作模式比较单操作模式和级联操作模式比较特点特点单单8状态状态排序器排序器1(SEQ1)单单8状态状态排序

10、器排序器2(SEQ2)级联级联16状态状态排序器排序器(SEQ)开始转换触发信号开始转换触发信号(SOC) EVA,软件软件,外部引外部引脚脚EVB,软件软件EVA,EVB,软件软件,外部引脚外部引脚最大转换数最大转换数(即排序器长即排序器长度度)8816自动停在排序器的结尾自动停在排序器的结尾(EOS)是是是是是是优先级优先级高高低低无效无效ADC转换结果寄存器转换结果寄存器07815015ADCCHSELSEQn位的位的分配分配CONV00CONV07CONV08CONV15CONV00CONV15125.3 5.3 自动排序模式自动排序模式 不间断的自动排序模式（不间断的自动排序模式（U

11、ninterrupt AutosequencedUninterrupt Autosequenced ModeMode）即连续转换模式，在该模式下）即连续转换模式，在该模式下SEQ1/SEQ2SEQ1/SEQ2能在一次排能在一次排序过程中序过程中, ,对多达对多达8 8个转换通道进行自动排序。个转换通道进行自动排序。例，采用例，采用SEQ1的双排序模式下的转换。的双排序模式下的转换。设在设在SEQ1中有中有7路转换，即路转换，即 ADCINA2和和ADCINA3各两次，各两次，ADCINA6、ADCINA7和和ADCINB4各各1次。则次。则 ADCCHSELSEQ1: 0 x3232 ADCC

12、HSELSEQ2: 0 x0C76MAXCONV1: 61. 1. 不间断的自动排序模式不间断的自动排序模式13ADCCHSELSEQn各寄存器数值各寄存器数值Bits512Bits118Bits74Bits303232ADCCHSELSEQ1x0C76ADCCHSELSEQ2xxxxADCCHSELSEQ3xxxxADCCHSELSEQ414事件管理器触发排序转换的例子事件管理器触发排序转换的例子2. 2. 排序器的启动排序器的启动/ /停止模式停止模式例，排序器的启动例，排序器的启动/停止停止操作。操作。要求触发要求触发1（定时器下溢）（定时器下溢）到来时，开始到来时，开始3个自动转个自动

13、转换换(I1, I2, I3)。触发。触发2（定（定时器周期匹配）到来时，时器周期匹配）到来时，开始另外开始另外3个自动转换个自动转换(V1, V2, V3)。触发事件。触发事件1、2在时间上相差在时间上相差25微秒。微秒。15ADC输入通道选择控制寄存器输入通道选择控制寄存器ADCCHSELSEQn设置设置Bits512Bits118Bits74Bits30V1I3I2I1ADCCHSELSEQ1xxV3V2ADCCHSELSEQ2xxxxADCCHSELSEQ3xxxxADCCHSELSEQ416ADC结果寄存器结果寄存器ADC结果寄存器结果寄存器ADC转换结果转换结果ADC结果寄存器结果

14、寄存器ADC转换结果转换结果ADCRESULT0I1ADCRESULT8xADCRESULT1I2ADCRESULT9xADCRESULT2I3ADCRESULT10 xADCRESULT3V1ADCRESULT11xADCRESULT4V2ADCRESULT12xADCRESULT5V3ADCRESULT13xADCRESULT6xADCRESULT14xADCRESULT7xADCRESULT15x173. 3. 同时采样模式同时采样模式 ADC有同时采样两路有同时采样两路ADCINxx输入的能力，前提为输入的能力，前提为一路输入是一路输入是ADCINA0ADCINA7，另一路输入是，另一

15、路输入是ADCINB0 ADCINB7，而且两路输入的偏移量是对应的，而且两路输入的偏移量是对应的，例如例如ADCINA0 和和ADCINB0。184. 4. 输入触发描述输入触发描述不同排序器下的不同触发源不同排序器下的不同触发源SEQ1(排序器排序器1)SEQ2(排序器排序器2)级联排序器级联排序器SEQ软件触发软件触发(软件软件SOC) 软件触发软件触发(软件软件SOC)软件触发软件触发(软件软件SOC)事件管理器事件管理器A(EVA SOC)事件管理器事件管理器B(EVB SOC)事件管理器事件管理器A(EVA SOC)外部外部SOC引脚引脚事件管理器事件管理器B(EVB SOC)外部

16、外部SOC引脚引脚19排序转换中的中断操作模式排序转换中的中断操作模式5. 5. 排序器转换中的中断操作排序器转换中的中断操作有三种情况，两有三种情况，两种中断模式。种中断模式。第一种情况：两次采样的采第一种情况：两次采样的采样数不一样。模式样数不一样。模式l中断操作中断操作(即每次即每次EOS都产生中断都产生中断)。 第二种情况：两次采样的采第二种情况：两次采样的采样数一样。模式样数一样。模式2中断操作中断操作(即每即每2次次EOS产生产生1个中断个中断)。 第三种情况：两次采样的采第三种情况：两次采样的采样数一样（虚读）。模式样数一样（虚读）。模式2中中断操作断操作(即每即每2次次EOS产

17、生产生1个个中断中断)。 20ADCADC内核时钟和采样保持时钟内核时钟和采样保持时钟通往通往ADCADC的时钟链的时钟链5.4 ADC5.4 ADC时钟定标时钟定标215.5 ADC5.5 ADC寄存器寄存器ADC控制寄存器控制寄存器1 1：ADCTRL1。ADC控制寄存器控制寄存器2：ADCTRL2。ADC控制寄存器控制寄存器3：ADCTRL3。ADC最大通道转换寄存器：最大通道转换寄存器：ADCMAXCONV。自动排序状态寄存器：自动排序状态寄存器：ADCASEQSR。ADC状态和标志寄存器：状态和标志寄存器：ADCST。ADC输入通道排序寄存器输入通道排序寄存器:ADCCHSELSEQ

18、14。ADC转换结果缓冲寄存器转换结果缓冲寄存器: ADCRESULT015。22ADC控制寄存器控制寄存器1 1：ADCTRL1位位14 RESET: 模数转换模块软件复位位。为模数转换模块软件复位位。为1，复位模块。，复位模块。位位1312 SUSMOD1SUSMOD0：仿真悬挂模式。：仿真悬挂模式。位位118 ACQ_PS3ACQ_PS0：采样时间窗宽度位。：采样时间窗宽度位。 位位7 CPS：内核时钟预分频器：内核时钟预分频器 。设定对外设高速时钟。设定对外设高速时钟(HSPCLK)的分频。的分频。 位位6 CONT RUN：连续运行位。：连续运行位。 0：启动：启动/停止模式。停止模

19、式。 1：连续转：连续转换模式。换模式。 位位5 SEQ OVRD：排序器超越模式位。：排序器超越模式位。 1：使能超越模式。：使能超越模式。 位位4 SEQ CASC：级联排序器工作模式位。：级联排序器工作模式位。 0：双排序器工作模：双排序器工作模式式 。l：级联模式：级联模式 。23ADC控制寄存器控制寄存器2：ADCTRL2 位位15 EVB SOC SEQ：级联排序器模式下：级联排序器模式下EVB SOC使能位。使能位。1：EVB的信号启动级联的排序器的信号启动级联的排序器SEQ。 位位14 RST SEQ1：复位排序器：复位排序器1位。位。 1：立即将排序器复位到：立即将排序器复位

20、到CONV00。 位位13 SOC SEQ1：开始转换：开始转换SOC触发排序器触发排序器1。 位位11 INT ENA SEQ1：排序器：排序器SEQ1的中断使能位。的中断使能位。1：使能：使能 。 位位10 INT MOD SEQ1：排序器：排序器SEQ1的中断模式控制位。的中断模式控制位。0：每个：每个SEQ1排序结束时置排序结束时置1。 1：每隔一个：每隔一个SEQ1排序结束时置排序结束时置1。 位位8 EVA SOC SEQ1：EVA对对SEQ1产生产生SOC信号的屏蔽位。信号的屏蔽位。1：使能：使能EVA的触发信号源启动的触发信号源启动SEQ1/SEQ。 24 位位7 EXT SO

21、C SEQ1：外部信号启动：外部信号启动SEQ1转换位。转换位。1：使能：使能 。位位6 RST SEQ2：复位排序器：复位排序器2。l：立即复位：立即复位SEQ2 。位位5 SOC SEQ2：启动：启动SEQ2转换位转换位 。位位3 INT ENA SEQ2：SEQ2的中断使能控制位。的中断使能控制位。1：使能：使能 。位位2 INT MOD SEQ2：SEQ2的中断模式控制位。的中断模式控制位。 0：每个：每个SEQ2排序结束时置排序结束时置1。 1：每隔一个：每隔一个SEQ2排序结束时置排序结束时置1。 位位0 EVB SOC SEQ2：EVB对对SEQ2产生产生SOC信号的屏蔽位。信号

22、的屏蔽位。25ADC控制寄存器控制寄存器3：ADCTRL3位位76 ADCBGRFDN1、ADCBGRFDN0：模数转换内部：模数转换内部带隙带隙(Bandgap)和参考电压源电路的电源上电。这两位控和参考电压源电路的电源上电。这两位控制制ADC内部参考电压源电路的上电与断电。内部参考电压源电路的上电与断电。位位5 ADCPWDN：模数转换模块掉电控制位。：模数转换模块掉电控制位。 位位0 SMODE_SEL：采样模式选择位。：采样模式选择位。0:顺序采样。顺序采样。1：同时采样。同时采样。26位位41 ADCCLKPS30：内核时钟分频器。：内核时钟分频器。 ADC时钟分频情况时钟分频情况

23、ADCCLKPS30内核时钟分频内核时钟分频ADCLK00000HSPCLK/(ADCTRLl7+1)000l1HSPCLK/2*(ADCTRLl7+1)00102HSPCLK/4*(ADCTRLl7+1)111014HSPCLK/28*(ADCTRLl7+1)111115HSPCLK/30*(ADCTRLl7+1)27最大通道转换寄存器：最大通道转换寄存器：ADCMAXCONV位位60 MAX CONVn：定义一次自动转换最多可以转换：定义一次自动转换最多可以转换的通道个数。一次转换的个数为的通道个数。一次转换的个数为MAX CONVn+1。 28自动排序状态寄存器：自动排序状态寄存器：AD

24、CASSR 位位118 SEQ CNTR30：排序计数器状态位。在转换排：排序计数器状态位。在转换排序开始时，序开始时，SEQ CNTR30初始化为初始化为MAX CONV中的值。中的值。在一个自动转换排序的每一个转换之后，排序器的计数器减在一个自动转换排序的每一个转换之后，排序器的计数器减1。 位位60 是排序器是排序器SEQ2和和SEQ1的指针。作为的指针。作为TI测试用。测试用。 29ADC状态和标志寄存器：状态和标志寄存器：ADCST位位7 EOS BUF2：SEQ2的排序缓冲器结束位。的排序缓冲器结束位。位位6 EOS BUF1：SEQ1的排序缓冲器结束位。的排序缓冲器结束位。 位位

25、5 INT SEQ2 CLR：SEQ2中断清零位。中断清零位。 位位4 INT SEQ1 CLR：SEQ1中断清零位。中断清零位。 位位3 SEQ2 BSY：SEQ2忙状态位。忙状态位。 位位2 SEQ1 BSY：SEQ1忙状态位。忙状态位。 位位1 INT SEQ2：SEQ2中断标志位中断标志位 。位位0 INT SEQ1：SEQ1中断标志位中断标志位 。30ADC输入通道排序寄存器输入通道排序寄存器:ADCCHSELSEQ14 每每4位的位的CONVnn选择选择16路模拟输入通道中的一个作为路模拟输入通道中的一个作为自动排序的转换通道自动排序的转换通道 。31ADC转换结果缓冲寄存器转换结

26、果缓冲寄存器: ADCRESULT015 寄存器寄存器ADCRESULTn中中12位转换结果是左对齐的，位转换结果是左对齐的，即存放在即存放在16位寄存器的高位寄存器的高12位。位。 325.6 ADC的的C语言编程实例语言编程实例 例，例，A/D转换程序。采用双排序器和顺序采样模式转换程序。采用双排序器和顺序采样模式, 排序器排序器SEQ1对两个模拟输入通道对两个模拟输入通道ADCINA0和和ADCINA1的电压信号进行自动转换。排序器采用事件管理器的电压信号进行自动转换。排序器采用事件管理器EVA(T1)的下溢中断标志作为触发启动信号。使用的下溢中断标志作为触发启动信号。使用ADC模模块的

27、中断方式，每次排序结束块的中断方式，每次排序结束(EOS)都产生中断。在中断都产生中断。在中断服务程序中，读取模拟量的转换结果并存储到两个长度为服务程序中，读取模拟量的转换结果并存储到两个长度为1024的数组的数组Voltage1和和Voltage2中。中。 33#include DSP281x_Device.h / DSP281x Header file Include Fileinterrupt void adc_isr(void);/ Global variables used in this example 全局变量定义全局变量定义 Uint16 ConversionCount; /转

28、换次数计数转换次数计数 Uint16 Voltage11024;Uint16 Voltage21024;main( ) InitSysCtrl(); /初始化初始化CPU DINT;/关中断关中断 InitPieCtrl(); /初始化初始化pie寄存器寄存器 IER = 0 x0000; /禁止所有的中断禁止所有的中断 IFR = 0 x0000; InitPieVectTable();/初始化初始化pie中断向量表中断向量表 EALLOW; / This is needed to write to EALLOW protected register34 PieVectTable.ADCIN

29、T = &adc_isr; EDIS; / This is needed to disable write to EALLOW protected registers AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET = 1; / Reset the ADC module asm( RPT #10 | NOP); / Wait 12-cycles for ADC reset to take effect AdcRegs.ADCTRL3.all = 0 x00C8; / first power-up ref and bandgap circuits AdcRegs.ADCTRL3.bi

30、t.ADCBGRFDN = 0 x3; / Power up bandgap/ref circuitry AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN = 1; / Power up rest of ADC / Enable ADCINT in PIE PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx6 = 1; IER |= M_INT1; / Enable CPU Interrupt 1 EINT; / Enable Global interrupt INTM ERTM; / Enable Global realtime interrupt DBGM LoopCount

31、= 0; ConversionCount = 0; / Configure ADC AdcRegs.ADCMAXCONV.all = 0 x0001; / Setup 2 convs on SEQ1 AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0 x0; / Setup ADCINA0 as 1st SEQ1 AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0 x1; / Setup ADCINA1 as 2nd SEQ135 AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SEQ1 = 1; / Enable EVASOC to start SEQ1 AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1 = 1; / Enable SEQ1 interrupt (every EOS) / Configure EVA / Assumes EVA Clock is already enabled in InitSysCtrl(); EvaRegs.T1CMPR = 0 x0080; / Setup T1 compare value EvaRegs.T1PR = 0 x10; / Setup period register EvaRegs.GPTCONA.bit.T1TOADC = 1; / Enable EVAS