基于C8051F060內置高精度模／數轉換器的使用方法
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1 引言
在混合信號單片機中，美國Cygnal公司新推出的C8051F06X系列高集成度混合信號單片機可謂一枝獨秀。C8051F06X是高度集成的片上系統單片機，它有多達59個(gè)數字I／O口，采用與8051兼容的內核CIP-51，速度高達25MI／s。該系列單片機有C8051F060／2型和C8051F061／3型，與同家族的其他單片機相比，其模擬外設性能優(yōu)異，除有一個(gè)帶可編程放大器和多路選擇器的8路10位ADC外，還有兩路采樣速度可達1 MS／s的16位ADC，兩路12位DAC，3個(gè)電壓比較器，1個(gè)片內溫度傳感器和參考電壓源等。本文僅以C8051F060型為例，著(zhù)重介紹其高速、高精度模／數轉換器的使用方法。
2 高精度模／數轉換器
模／數轉換接口由2路16位逐次逼近式ADC、集成采樣保持器、一個(gè)可編程窗口檢測器、一個(gè)DMA接口組成。ADC0／ADC1可配置成單端或差分輸入方式。模／數轉換的工作方式，窗口檢測器和DMA接口均可通過(guò)特殊功能寄存器由軟件控制，模／數轉換器及其采樣保持電路也可通過(guò)特殊功能寄存器單獨設置，如圖1所示。顯然，轉換啟動(dòng)方式靈活，軟件事件、外部硬件信號和周期性的定時(shí)溢出都能用作觸發(fā)信號，轉換結束后，16位的結果鎖存在SFR中，可由DMA接口將其存入片內或片外RAM。
2．1 單端／差分輸入方式
ADCO和ADC1既可編程為單端輸入方式獨立工作，也可以設置為互相配合接收差分輸入信號。采用單端輸入方式時(shí)，ADC可配置為同步采樣，或采用不同的轉換速度。采用差分輸入時(shí)，ADC1服從于A(yíng)DC0，除零點(diǎn)和增益校準外，它的配置均基于ADC0。通道選擇寄存器AMXOSL的DIFFSEL位用于選擇單端和差分輸入方式。差分輸入時(shí)，輸入到ADC的是一個(gè)偽差分信號，每個(gè)ADC的實(shí)際測量電壓等于引腳AIN和引腳AINDG之間的電壓。AINDG必須在-0．2V～0．6V之間，在大多數系統中，AINDG接到AGND，否則，AINDG信號會(huì )產(chǎn)生一個(gè)微小的負向偏置，建議用內部的校準功能解決。AINOG和AIN1G要可靠連接在一起，為了得到精確的轉換結果，在兩種方式下，AINn電位均應高于A(yíng)INnG。
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2．2 參考電壓
ADC0和ADC1可以配置不同的參考電壓電路，既可以使用片內精密參考電壓源，也可以使用片外參考電壓源。片內參考電壓源電路由一個(gè)獨立的溫度穩定式帶隙參考電壓發(fā)生器產(chǎn)生1．25 V電壓，再由一個(gè)緩沖放大器將其放大2倍，其最大負載電流不能大于100μA，建議在VREF端和VRGND端外接0．1μF和47 μF的旁路電容器。每個(gè)參考電壓電路可由參考電壓控制寄存器(REFnCN)分別控制，其中，BIASEn位控制參考電壓發(fā)生器的使能，REFBEn位控制乘2緩沖器的使能。當禁止時(shí)，內部參考電壓電路的耗電量為1μA，緩沖放大器呈高阻抗狀態(tài)；當使用內部參考電壓源時(shí)，這兩個(gè)控制位均須置l；當使用外部參考電壓源時(shí)，控制位REFBEn應置0。應該注意，不論使用何種參考電壓源，當使用模／數轉換器時(shí)，BIASEn位必須置1，不使用模／數轉換器時(shí)，BIASEn位置0，以有利于降低能耗。
2．3 工作方式
ADC0和ADC1的最大轉換速度為1 MS／s，轉換時(shí)鐘由系統時(shí)鐘分頻產(chǎn)生，并由ADCnCF型寄存器的ADCnSC位設定。
2．3．1 轉換啟動(dòng)方式
對于A(yíng)DC0，模／數轉換的啟動(dòng)方法有4種，由ADC0CN型寄存器中的轉換啟動(dòng)方式位AD0CMl／AD0CM0決定，這4種方式分別是給ADC0CN的AD0BUSY位寫(xiě)1；定時(shí)器2的溢出；定時(shí)器3的溢出；檢測到外部ADC轉換啟動(dòng)信號CNVSTR0的上跳沿。對于A(yíng)DC1，模／數轉換的啟動(dòng)方法有5種，由寄存器ADC1CN中的轉換啟動(dòng)方式位AdlCM12-AD1CM0決定，這5種方式分別是給ADC1CN的AD1BUSY位寫(xiě)l；定時(shí)器2的溢出；定時(shí)器3的溢出；檢測到外部ADC轉換啟動(dòng)信號CNVSTR的上跳沿；給ADC0CN的AD0BUSY位寫(xiě)1。
在模／數轉換過(guò)程中，ADnBUSY位被置1，轉換結束后，該位被清零，如果允許中斷，ADnBUSY信號的下降沿將觸發(fā)中斷，并置位ADnINT的中斷標志位ADCnON．5。在單端方式，模／數轉換的結果數據存放在A(yíng)DCnH和ADCnL中；在差分方式，模／數轉換的結果數據是ADC0與ADC1之和，存放在A(yíng)DC0H和ADC0L中。當用給ADC0CN的AD0BUSY位寫(xiě)1的方法啟動(dòng)模／數轉換時(shí)，應該查詢(xún)ADnINT位，以便確定模／數轉換何時(shí)完成，建議查詢(xún)步驟為給ADnINT寫(xiě)0；給ADnBUSY寫(xiě)1；查詢(xún)ADnINT位是否為l；處理ADC數據，當在差分方式且以外部信號啟動(dòng)模／數轉換時(shí)，應將引腳CNVSTR0和引腳CNVSTR1連接起來(lái)。
2．3．2 采樣保持方式
模／數轉換的采樣保持方式由ADCnCN型寄存器的ADCnTM位控制，一旦ADCn被啟動(dòng)，其輸入將被連續采樣，而這時(shí)轉換尚未開(kāi)始，當AdnTM位為1，轉換開(kāi)始進(jìn)行，一個(gè)采樣周期由18個(gè)SAR時(shí)鐘組成。當用CNVSTRn信號啟動(dòng)轉換時(shí)，ADC一直采樣，直到引腳CNVSTRn上出現一個(gè)上跳沿為止。將AdnTM位置為1，就能保證在模擬輸入端接外部多路選擇器時(shí)，滿(mǎn)足必要的建立時(shí)間。
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