疯狂的大柚柚带你玩转MSP-ESP430G2(基础篇)----（十二）AD转换器

疯狂的大柚柚带你玩转MSP-ESP430G2(基础篇)

（十二）AD转换器

ADC10是MSP430 单片机的片上模数转换器，其转换位数为10比特，该模块内部是一个SAR型的AD内核，可以在片内产生参考电压，并且具有数据传输控制器。数据传输控制器能够在CPU不参与的情况下，完成AD数据向内内存任意位置的传输。

ADC模块的常用性能指标

分辨率：与ADC的位数相关
量化误差：和分辨率是统一的，1/2LSB
转换精度：ADC实际转换的误差
转换时间：完成一次模数转换的时间
另外还有电压范围、工作温度、接口特性、输出形式等

ADC10 主要特点

最大转换速率大于200ksps
转换精度为10位
采样保持器的采样周期可通过编程设置
可利用软件或者TimerA 设置转换初始化
编程选择片上电压参考源，选择1.5V或者2.5V
编程选择内部或者外部电压参考源
8个外部输入通道
具备对内部温度传感器、供电电压VCC和外部参考源的转换通道
转换时钟源可选择
多种采样模式：单通道采样、序列通道采样、单通道重复采样、序列通道重复采样
提供自动数据传输方法
ADC的内核和参考源可分别单独关

ADC10模块工作的核心是ADC10的核，即图中的10-bit SAR（逐次逼近模数转换器）。ADC10的核将模拟量转换成10位数字量转换成10位数字量并储存在ADC10MEM寄存器里。

这个核使用VR+和VR-来决定转换模拟值的高低门限。当输入电压超过VR+时它会停在03FFh，当输入门限低于VR-时它会停在0上。采样计算公式为

NADC=1023*(VIN-VR-)/(VR±VR-)

输入的电压不能超过VR+和VR-。而VR+和VR-是可选的，在控制寄存器ADCCCTL0中选择。

Regiter	Short Form	Register Type	Address	Initial state
ADC 10 input enable register 0	ADC10AE0	Read/Write	04Ah	Reset with POR
ADC 10 input enable register 1	ADC10AE1	Read/Write	04Bh	Reset with POR
ADC 10 control register 0	ADC10CTL0	Read/Write	01B0h	Reset with POR
ADC 10 control register 1	ADC10CTL1	Read/Write	01B2h	Reset with POR
ADC 10 memory	ADC10MEM	Read	01B4h	Unchanged
ADC 10 data transfer control register 0	ADC10DTC0	Read/Write	048h	Reset with POR
ADC 10 data transfer control register 1	ADC10DTC1	Read/Write	049h	Reset with POR
ADC 10 data transfer start address	ADC10SA	Read/Write	01BCh	0200h with POR

控制寄存器：ADC10CTL0;ADC10CTL1
通道使能：ADC10AE0,ADC10AE1
转换结果寄存器：ADC10MEM

注意：ADC10 转换需要处理的问题

ADC10相应准备设置：时钟、参考电压、设置具体模式、通道选择等
输入模拟信号
选择启动信号
关注转换结束信号
存放转换数据以及采用何种方式获取数据

ADC模块开启：ADC10ON=1(ADC10CTL0中)

选择ADC时钟频率（时间）：用于采样或是转换时间的时钟ADC10CLK。

ADC10CLK可通过ADC10SSELx位进行选择，通过ADC10DIVx进行分频。可供选择的ADC10CLK时钟源是SMCLK，MCLK，ACLK或者是内部晶振ADC10OSC（可在ADC10CTL1中选择）

采样和保持时间选择：

ADC10CTL0中的ADC10SHTx选择：
时间可以是4，8，16，64个ADC10CLK周期

ADC10CTL0

当ENC=0时 ADC10CTL0的内容才可以被修改
（11、12）、（4）

ADC10SHTx:ADC10采样和保持时间设置位
00 4个ADC10CLK周期：01 8个ADC10CLK周期
10 16个ADC10CLK周期：11 64个ADC10CLK周期

ADC10CTL1

当ENC=0时 ADC10CTL0的内容才可以被修改
（7、6、5、4、3）

ADC10SSELx:ADC10时钟源选择
00 ADC10OSC;01 ACLK;10 MCLK;11 SMCLK
ADC10DIVx:ADC10时钟分频选择

000 1分频；001 2分频；010 3分频；011 4分频
100 5分频；101 6分频；110 7分频；111 8分频

转换参考电压选择：VR+和VR-在控制寄存器ADCCTL0中选择

（15、14、13）（10、9、8）（6、5）

SREFx:基准源选择位
000 VR+=VCC VR-=VSS
001 VR+=VREF+ VR-=VSS
010 VR+=Veref+ VR-=VSS
011 VR+=Buffered VeREF+ VR-=VSS
100 VR+=VCC VR-=VREF-/VeREF-
101 VR+=VREF+ VR-=VREF-/VeREF-
110 VR+=VeREF+ VR-=VREF-/VeREF-
111 VR+=BufferedVeREF+ VR-=VREF-/VeREF-

ADC10参考电压有6种，可以编程选择，分别为VR+与VR-的组合，其中，VR+有AVCC、VREF+和VeREF+，VR-有AVSS、VREF-和VeREF

注意：

10位ADC，外部基准（仅限MSP430G2*53)

在转换期间采用外部基准，以对电容阵列过行充电和放电。在转换期间，输入电容，即C1，是外部基准的动态负载，基准电源的动态阻抗也遵照有关模拟源阻抗的建议，以使充电稳定在10位准确度。
准确度限定了最小的正外部基准电压，对于较低的准确度要求，可以施加较低的基准电压电平。
在此条件下，外部基准在内部运行缓冲，基准缓冲器处于运行状态，并需要基准缓冲器电源电流IREFB，流耗可被限制为REBURST=1的采样及转换周期。
准确度限定了最大的负外部基准电压，对于较低的准确度要求，可以追加较高的基准电压电平。
准确度限定了最小的外部差分基准电压，对于较低的准确度要求，可以追加较低的差分基准电压电平。

REFOUT：参考源输出控制位
0 参考源输出关闭
1 参考源输出开启

REFBURST：可利用此位降低功耗
0 参考源一直开启
1 只有在采样和转换时开启参考源

REF2_5V:参考源电压选择位，更改时REFON必须开启
0 参考源电压1.5V
1 参考源电压2.5V

REFON：参考源开关
0 参考源关闭
1 参考源开启

ADC10SR：ADC10 采样率设置位
0 参考缓冲器支持高达200ksps的采样速度
1 参考缓冲器支持高达50 ksps的采样速度

选择通道：在寄存器ADC10CTL1中的INCHx进行选择
通道模式：在寄存器ADC10CTL1中的CONSEQx进行选择

INCHx：通道选择
0000 A0; 0001 A1;
0010 A2; 0011 A3;
0100 A4; 0101 A5;
0110 A6; 0111 A7;
1000 VeREF+
1001 VREF-/VeREF-;
1010 内部温度传感器
1011（VCC-VSS）/2

ADC10转换模式选择

CONSEQx	模式	操作
00	单通道单次采样	一个通道被采样转换一次
01	序列通道采样	多个通道被依次采样转换
10	单通道重复采样	一个通道被多次采样转换
11	序列通道重复采样	多个通道被重复采样转换

ISSH：输入采样信号反转
0 输入的采样信号不反转
1 输入的采样信号反转

通道打开：相应的通道使能
ADC10输入能使寄存器有ADC10AE0和ADC10AE1两个，ADC10AE0对应8个外部通道，ADC10AE1可对应使能A12到A15，ADC10AE1只存在于MSP430F22x中。

ADC10AEO寄存器结构如下图所示

从低位到高位分别对应使能通道A0到A7，只要对应的位置1，则对应的通道被使能

触发AD转换

当SHSx=0,ENC=1时，ADC10SC可触发采样开始。或者用TIMERA进行触发采样，当ENC的上升沿到来之后，他将等待TIMERA所产生的PWM波进行触发

SHSX：采样保持源选择
00 ADC10SC位； 01 Timer_A.OUT1
10 Timer_A.OUTo ; 11 Timer_A.OUT2

ENC：采样使能开关
0 ADC10使能关闭； 1ADC10使能开启

ADC10SC：采样开始
0停止采样，1开始采样

MSC：多重采样和转换。这一位只用于序列或重复采样模式。
0 SHI信号的上升沿触发每个采样和转换。
1 SHI信号的第一个上升沿触发采样定时器，但是进一步的采样和转换只有在前一次的转换完成时才进行。

四种工作模式

1、单通道单次采样模式

单个被INCHx所选中的通道x被采样并转换一次。ADC结果被写入ADC10MEM寄存器。可用ADC10SC触发一次转换，当切换至其他触发源时，在两次转换之间，ENC需要被切换。
在采样模式0下，首先令ADC10ON=1即开启ADC10模
块，接着确定采样通道x，然后等待触发。
当SHS=0，ENC=1时，ADC10SC可触发采样开始。或者用TIMERA进行触发采样，当ENC的上升沿到来之后，它将等待TIMERA所产生的PWM波进行触发。
ADC10采样完成后，经过12个ADC10CLK的时钟周期进行采样结果转换，再经过1个ADC10CLK的时钟周期，ADC10将转换后的结果存入寄存器ADC10MEM，同时ADC10的中断标志位ADC10IFG被置1。
在转换过程中的任意时刻，如果将ENC置0则会关闭ADC10模块。

2、序列通道采样模式ADC10在这种工作模式下，INCHx中值意义和在单通道单次采样模式下不同，INCHx写入的通道时序列通道中的最高通道，采样开始后采样通道从选中的通道依次转换到通道0，并且只完成一次序列通道采样。每一个ADC采样结果都会被存入ADC10MEM寄存器。当转换到通道零时，转换序列会停止。可以使用ADC10SC来触发一个序列的转换。当其他的触发源被使用时，ENC必须被复位。
3、单通道重复采样模式在这种模式下，一个被INCHx可以被选中通道x被
多次采样转换。每次转换结果，都将被存入ADC10MEM寄存器。若旧的值未被读取，则新的值将被旧的值所覆盖。
4、序列通道重复采样模式这种模式和序列通道采样模式基本相同，采样通道从INCHx所选中的通道开始依次转换到通道0，然而在这种工作模式下ADC10可进行重复序列通道采样。ADC10每次转换结果都会被写入ADC10MEM寄存器的值。每次采样完成之后，会自动将通道值重新置入INCHx。

例1：用单通道重复采样模式对A1进行采样，将采样结果20次求平均，然后将结果存在变量ADC10_Result内。假设选择2分频后的ACLK做采样时钟，选择内部参考源2.5V，ADC10SC触发采样，禁止ADC10中断，采样时间设置为64个采样时钟。

int ADC10_Result;
ADC10CTL1 |=CONSEQ_2;          //单通道重复采样模式ADC10CTL0 |=SREF_1+REFON+REF2_5V;//选择内部参考源2.5V，打开基准源ADC10CTL0 | =ADC10SHT_3+MSC: //过采样率设置为64个采样周期，打开AD转换ADC10CTL1 |= ADC10SSEL_1+ADC10DIV_1+SHS_0; //ACLK2 分频为采样时钟，用ADC10SC 触发采集ADC10CTL1 |=INCH_1: //选择通道 A1ADC10CTL0 |= ADC100N; //开启 ADC10ADC10AE0 |= 0x02; //开启外部通道 Alfor(int i=0;i(20;i++){ADC10CTL0 =ENC+ADC10SC; //开始转换while((ADC10CTL0 &ADC10IFG)==0)；//等待 ADC10IPG标志变高（转换完成）ADC10_Result+=ADC10MEM; //读取采样结果}ADC10_Result= ADC10_Result/20;

例2：用序列通道采样模式对通道A1、A5、A7采样，将采样结果在中断中读出，并将A1、A5、A7采样的结果分别存入ADC10_A1[ ]、ADC10_A5[ ]和ADC10_A7[ ]数组中。选择SMCLK无分频作为采样时钟，选择内部参考源1.5V，ADC10SC触发采样，采样时间设置为16个采样时钟周期。

unsigned int u=7;
unsigned int ADC_timers =0;
unsigned int ADC_Result[8];
unsigned int ADC10_A1[20];
unsigned int ADC10_A5[20]:
unsigned int ADC10_A7[20];void main (){
VDTCTL=WDTPW-WDTHOLD: //关闭看门狗
ADC10CTL1 |= CONSEQ_1;
ADC10CTL0 |=SREF_1+REFON+ADC10IE://选择内部参考源1.5V，开启AD允许中断
ADC10CTL0 |=ADC10SHT_2+MSC; //打开 AD 转换，过采样率设置为 16 个采样周期ADC10CTL1 = ADC10SSEL_3+SHS_0；//选择 SMCLK 无分作为采样时钟，ADC10SC触发采集ADC10CTL1 |=INCH_7; //最高通道设为通道 7
ADC10CTL0 | = ADC100N; //打开 ADC10 模块
ADC10AE0 l= 0xal; //开启通道 A1、A5、A7_bis_SR_register(GIE); //开总中断while(1)
{ADC10CTL0 |=ENC+ADC10SC; //开始转换for(int i=0;i<10000;i++); //加入延时等待 ADC10一轮序列通道采样完成
}}// AD采样中断，没完成一次采样中断一次，将采样值存入数组AD_Result[10]然后将想要的采样值读出#pragma vector=ADC10_VECTOR
_interrupt void ADC10_ISR (void)
{ADC_Result[u]=ADC10MEM;u--;if(u>8){u=7;ADC10_A7[AD_timers]=ADC_Result[7]:ADC10_A5[AD_timers]=ADC_Result[5];ADC10_A1[AD_timers]=ADC_Result[1];ADC_timers++;}
}