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[ZigBee] 9 ZigBee之AD剖析AD采集CC2530温度串口显示

作者:beautifulzzzz  来源:IT165收集  发布日期:2016-07-18 20:35:47

1、ADC 简介

  ADC 支持多达14 位的模拟数字转换,具有多达12 位有效数字位。它包括一个模拟多路转换器,具有多达8 个各自可配置的通道;以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA 写入存储器。还具有若干运行模式。

  ADC 的主要特性如下:

● 可选的抽取率,这也设置了分辨率(7 到12 位)
● 8 个独立的输入通道,可接受单端或差分信号
● 参考电压可选为内部单端、外部单端、外部差分或AVDD5
● 产生中断请求
● 转换结束时的DMA 触发
● 温度传感器输入
● 电池测量功能

2、ADC 操作

  本节描述了ADC 的一般安装和操作,并描述了CPU 存取的ADC 控制和状态寄存器的使用。

2.1、ADC 输入

  The signals on the Port 0 pins can be used as ADC inputs. In the following, these port pins are referred to as the AIN0–AIN7 pins. The input pins AIN0–AIN7 are connected to the ADC.

  可以把输入配置为单端或差分输入。在选择差分输入的情况下,差分输入包括输入对AIN0-1、AIN2-3、AIN4-5 和AIN6-7。电压不能为负或者大于VDD。这些输入对之间的区别书他们采用不同的模式进行转换。

  除了输入引脚AIN0-AIN7,片上温度传感器的输出也可以选择作为ADC 的输入,用于温度测量。为此寄存器TR0.ADCTM 和ATEST.ATESTCTRL 必须分别按2.10 节和寄存器描述所述设置。

  还可以输入一个对应AVDD5/3 的电压作为一个ADC 输入。这个输入允许诸如需要在应用中实现一个电池监测器的功能。注意在这种情况下参考电压不能取决于电源电压,比如AVDD5 电压不能用作一个参考电压。

  单端电压输入AIN0 到AIN7 以通道号码0 到7 表示。通道号码8 到11 表示差分输入,由AIN0–AIN1、AIN2–AIN3、AIN4–AIN5 和AIN6–AIN7 组成。通道号码12 到15 表示G N D(12)温度传感器(14),和AVDD5/3(15)。这些值在ADCCON2.SCH 和ADCCON3.SCH 域中使用。

2.2、ADC 转换序列(暂时难理解)

  ADC将执行一系列的转换,并把结果移动到存储器(通过DMA),不需要任何CPU 干预。

  转换序列可以被APCFG 寄存器影响,八位模拟输入来自I/O 引脚,不必经过编程变为模拟输入。如果一个通道正常情况下应是序列的一部分,但是相应的模拟输入在APCFG 中禁用,那么通道将被跳过。当使用差分输入,处于差分对的两个引脚都必须在APCFG 寄存器中设置为模拟输入引脚。

  The ADCCON2.SCH(用于定义转换序列) register bits are used to define an ADC conversion sequence from the ADC inputs.

  If ADCCON2.SCH is set to a value less than 8, the conversion sequence contains a conversion from each channel from 0 up to and including the channel number programmed in ADCCON2.SCH.(当设置该寄存器值小于8时,转换序列为从通道0到SCH定义的值,包括该值)

  When ADCCON2.SCH is set to a value between 8 and 12, the sequence consists of differential inputs, starting at channel 8 and ending at the programmed channel.(在8~12之间,为缠粉输入,通道从8到定义的值)

  For ADCCON2.SCH greater than or equal to 12, the sequence consists of the selected channel only.(如果大于12,则定义哪个就是哪个)

  PS:the channel define in the last of 2.1

2.3、Single ADC Conversion(单个ADC转换,2.2是设置一个ADC序列进行转换)

  In addition to this sequence of conversions, the ADC can be programmed to perform a single conversion from any channel(ADC能够配置从任何一个channel开执行一次单通道转换). Such a conversion is triggered by writing to the ADCCON3 register. (转换开始的条件->)The conversion starts immediately unless a conversion sequence is already ongoing, in which case the single conversion is performed as soon as that sequence is finished.

2.4、ADC Operating Modes

  本节描述:operating modes and initialization of conversions.

  The ADC has three control registers: ADCCON1, ADCCON2, and ADCCON3. These registers are used to configure the ADC and to report status.

ADCCON1.EOC 位是一个状态位,当一个转换结束时,设置为高电平;当读取ADCH 时,它就被清除。 ADCCON1.ST 位用于启动一个转换序列。当这个位设置为高电平,ADCCON1.STSEL 是11,且当前没有转换正在运行时,就启动一个序列。当这个序列转换完成,这个位就被自动清除。 ADCCON1.STSEL 位选择哪个事件将启动一个新的转换序列。该选项可以选择为外部引脚P2.0 上升沿或外部引脚事件,之前序列的结束事件,定时器1 的通道0 比较事件或ADCCON1.ST 是1。 ADCCON2 寄存器控制转换序列是如何执行的。 ADCCON2.SREF 用于选择参考电压。参考电压只能在没有转换运行的时候修改。 ADCCON2.SDIV 位选择抽取率(并因此也设置了分辨率和完成一个转换所需的时间,或样本率)。抽取率只能在没有转换运行的时候修改。 转换序列的最后一个通道由ADCCON2.SCH 位选择,如上所述。 ADCCON3 寄存器控制单个转换的通道号码、参考电压和抽取率。单个转换在寄存器ADCCON3 写入后将立即发生,或如果一个转换序列正在进行,该序列结束之后立即发生。该寄存器位的编码和ADCCON2 是完全一样的。

2.5、ADC 转换结果

  数字转换结果以2 的补码形式表示。对于单端配置,结果总是为正。这是因为结果是输入信号和地面之间的差值,它总是一个正符号数(Vconv=Vinp-Vinn,其中Vinn=0V)。当输入幅度等于所选的电压参考VREF时,达到最大值。

  对于差分配置,两个引脚对之间的差分被转换,这个差分可以是负符号数。对于抽取率是512的一个数字转换结果的12 位MSB,当模拟输入Vconv 等于VREF 时,数字转换结果是2047。当模拟输入等于
-VREF 时,数字转换结果是-2048。

  当ADCCON1.EOC 设置为1 时,数字转换结果是可以获得的,且结果放在ADCH 和ADCL 中。注意转换结果总是驻留在ADCH 和ADCL 寄存器组合的MSB 段中。

  当读取ADCCON2.SCH 位时,它们将指示转换在哪个通道上进行。ADCL 和ADCH 中的结果一般适用于之前的转换。如果转换序列已经结束, ADCCON2.SCH 的值大于最后一个通道号码,但是如果最后写入ADCCON2.SCH 的通道号码是12 或更大,将读回同一个值。

2.6、ADC 参考电压

  模拟数字转换的正参考电压可选择为一个内部生成的电压,AVDD5 引脚,适用于AIN7 输入引脚的外部电压,或适用于AIN6-AIN7 输入引脚的差分电压。

  转换结果的准确性取决于参考电压的稳定性和噪音属性。希望的电压有偏差会导致ADC 增益误差,与希望电压和实际电压的比例成正比。参考电压的噪音必须低于ADC 的量化噪音,以确保达到规定的SNR。

2.7、ADC 转换时间

  ADC 只能运行在32 MHz XOSC 上,用户不能整除系统时钟。实际ADC 采样的4 MHz 的频率由固定的内部划分器产生。执行一个转换所需的时间取决于所选的抽取率。总的来说,转换时间由以下公式给定:

Tconv = (抽取率+ 16) x 0.25 μs。

 

2.8、ADC 中断

  当通过写ADCCON3 触发的一个单个转换完成时,ADC 将产生一个中断。当完成一个序列转换时,不产生一个中断。

2.9、ADC DMA 触发(和ADC中断有种互补的感觉~)

  每完成一个序列转换,ADC 将产生一个DMA 触发。当完成一个单个转换,不产生DMA 触发。

  There is one DMA trigger for each of the eight channels defined by the first eight possible settings for ADCCON2.SCH。当通道中一个新的样本准备转换,DMA 触发是活动的。The DMA triggers are named ADC_CHsd in Following Table, where s is single-ended channel and d is differential channel。

  In addition, one DMA trigger, ADC_CHALL, is active when new data is ready from any of the channels in the ADC conversion sequence.

 

3、工程解析

从下面main函数可以看出,整个流程是先初始化串口收发(这个和上一节介绍的串口收发一模一样,请参考上一节);接着是初始化ADC将片上片上温度传感器的输出选择作为ADC 的输入用于温度测量;在while大循环内则是连续读取64次温度数据并求平均(代码中求平均方法有点怪),最后通过串口将采集的片内温度传感器数据输出。

 1 void main(void) 
 2 {   
 3     char i; 
 4     float AvgTemp;   
 5     char strTemp[6];
 6     
 7     InitUART();                           //初始化串口 
 8     InitSensor();                         //初始化 ADC 
 9     
10     while(1) 
11     { 
12         AvgTemp = GetTemperature();   
13         
14         for (i=0; i<63; i++) 
15         {    
16             AvgTemp += GetTemperature();  
17             AvgTemp = AvgTemp/2;          //每次累加后除 2 
18         }
19        
20         memset(strTemp, 0, 6);
21         sprintf(strTemp,'%.02f', AvgTemp);//将浮点数转成字符串
22         UartSendString(strTemp, 5);       //通过串口发给电脑显示芯片温度
23         DelayMS(1000);                    //延时
24     } 
25 }

其中initSensor()是对ADC进行初始化:

第3行#define DISABLE_ALL_INTERRUPTS() (IEN0 = IEN1 = IEN2 = 0x00)是关闭所有中断;

第4行为设置系统主时钟为32M,上一节中main函数最前面做的工作;

1 void InitSensor(void)
2 { 
3    DISABLE_ALL_INTERRUPTS();     //关闭所有中断 
4    InitClock();                  //设置系统主时钟为 32M 
5    TR0=0x01;                     //设置为1来连接温度传感器到SOC_ADC
6    ATEST=0x01;                   //使能温度传感
7 }   

第5行TR0=1为设置温度传感器连接到SOC_ADC:

第6行ATEST=1为使能温度传感器:

其中GetTemperature()函数用来获取温度传感器AD的值:

 1 /****************************************************************************
 2 * 名    称: GetTemperature()
 3 * 功    能: 获取温度传感器 AD 值
 4 * 入口参数: 无
 5 * 出口参数: 通过计算返回实际的温度值
 6 ****************************************************************************/
 7 float GetTemperature(void)
 8 { 
 9    uint  value; 
10    
11    ADCCON3  = (0x3E);            //选择1.25V为参考电压;14位分辨率;对片内温度传感器采样
12    ADCCON1 |= 0x30;              //选择ADC的启动模式为手动
13    ADCCON1 |= 0x40;              //启动AD转化  
14    while(!(ADCCON1 & 0x80));     //等待 AD 转换完成 
15    value =  ADCL >> 4;           //ADCL 寄存器低 2 位无效,由于他只有12位有效,ADCL寄存器低4位无效。网络上很多代码这里都是右移两位,那是不对的
16    value |= (((uint)ADCH) << 4);
17    
18    return (value-1367.5)/4.5-5;  //根据 AD 值,计算出实际的温度,芯片手册有错,温度系数应该是4.5 /℃
19                                  //进行温度校正,这里减去5℃(不同芯片根据具体情况校正)
20 }

其中ADCCON3设置为0x3E,即选择内联参考电压,512采样率(12位有效位数),对片内温度传感器单通道采样!

其中 ADCCON1 |= 0x30 即Start select. Selects the event that starts a new conversion sequence(ADC启动模式为手动)

其中 ADCCON1 |= 0x40 即Start a conversion sequence if ADCCON1.STSEL = 11 and no sequence is running(启动ADC转换)

其中 while(!(ADCCON1 & 0x80)) 即等待一次转换完成

第15、16行:是获得ADC采样的12位有效数据的值保存在value中

15    value =  ADCL >> 4;           //ADCL 寄存器低 2 位无效,由于他只有12位有效,ADCL寄存器低4位无效。网络上很多代码这里都是右移两位,那是不对的
16    value |= (((uint)ADCH) << 4);

但是value值只是ADC值,并不是温度值,需要转换,代码18、19行就是完成转换:(至于怎么算的我猜测应该有个公式对应!)

18    return (value-1367.5)/4.5-5;  //根据 AD 值,计算出实际的温度,芯片手册有错,温度系数应该是4.5 /℃
19                                  //进行温度校正,这里减去5℃(不同芯片根据具体情况校正)

4、实验现象

将程序烧入CC2530,用USB连接开发板与PC,可以用串口助手观察zigbee发来的温度数据,当用手触摸芯片时温度会有明显变化:

Zigbee系列文章:

[ZigBee] 1、 ZigBee简介

[ZigBee] 2、 ZigBee开发环境搭建

[ZigBee] 3、ZigBee基础实验——GPIO输出控制实验-控制Led亮灭

[ZigBee] 4、ZigBee基础实验——中断

[ZigBee] 5、ZigBee基础实验——图文与代码详解定时器1(16位定时器)(长文)

[ZigBee] 6、ZigBee基础实验——定时器3和定时器4(8 位定时器)

[ZigBee] 7、ZigBee之UART剖析(ONLY串口发送)

[ZigBee] 8、ZigBee之UART剖析·二(串口收发)

 

 

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Tag标签: 串口   温度  
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