MC9S12XS128 AD转换详解
A/D转换模块详解
1、A/D转换原理
A/D转换的过程是模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字格式。
a)取样与保持
一般取样与保持过程是同时完成的，取样-保持电路的原理图如图16所示，由输
入放大器A
1、输出放大器A
2
、保持电容C
H
和电子开关S组成，要求 A
V1
* A
V2
= 1。原
理是：当开关S闭合时，电路处于取样阶段，电容器充电，由于 A
V1 * A
V2
= 1，所以
输出等于输入；当开关S断开时，由于A
2输入阻抗较大而且开关理想，可认为C
H
没有
放电回路，输出电压保持不变。
图16 取样-保持电路
取样-保持以均匀间隔对模拟信号进行抽样，并且在每个抽样运算后在足够的时间内保持抽样值恒定，以保证输出值可以被A/D 转换器精确转换。
b)量化与编码
量化的方法，一般有舍尾取整法和四舍五入法，过程是先取顶量化单位Δ，量化单位取值越小，量化误差的绝对值就越小，具体过程在这里就不做介绍了。将量化后的结果用二进制码表示叫做编码。
2、A/D转换器的技术指标
a)分辨率
分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力，理论上，n位A/D转换器能区分的输入电压的最小值为满量程的1/2n 。也就是说，在参考电压一定时，输出位数越多，量化单位就越小，分辨率就越高。S12的ATD模块中，若输出设置为8位的话，那么转换器能区分的输入信号最小电压为19.53mV。
b)转换时间
A/D转换器按其工作原理可以分为并联比较型（转换速度快ns级）、逐次逼近型（转换速度适中us级）、双积分型（速度慢抗干扰能力强）。
不同类型的转化的A/D转换器转换时间不尽相同，S12的ATD模块中，8位数字
量转换时间仅有6us，10位数字量转换时间仅有7us。
S12内置了2组10位/8位的A/D模块：ATD0和ATD1，共有16个模拟量输入通道，属于逐次逼近型A/D转换器（这个转换过程与用天平称物的原理相似）。
1、功能结构图
图17 A/D 模块功能结构图
图17所示的是A/D 模块的功能结构，这个功能模块被虚线划分成为图示所示的虚线所隔离的三个部分：IP总线接口、转换模式控制/寄存器列表，自定义模拟量。
IP 总线接口负责该模块与总线的连接，实现A/D 模块和通用I/O 的目的，还起
到分频的作用；
转换模式控制寄存器列表中有控制该模块的所有的寄存器，执行左右对齐运行和连
续扫描。
自定义模拟量负责实现模拟量到数字量的转换。包括了执行一次简单转换所需的模
拟量和数字量。
2、HCS12中A/D转化模块特点
8/10 位精度；7 us, 10-位单次转换时间.；采样缓冲放大器；可编程采样时间；左/
右对齐, 有符号/无符号结果数据；外部触发控制；转换完成中断；模拟输入8 通道复用；模拟/数字输入引脚复用；1到8转换序列长度；连续转换模式；多通道扫描方式。
ATD 模块有模拟量前端、模拟量转换、控制部分及结果存储等四部分组成。其中模拟前端包括多路转换开关、采样缓冲器、放大器等，结果存储部分主要有8个16 位的存储器和反映工作状态的若干标志位。
A/D转换应用实例
要让ATD 开始转换工作，必须经过以下三个步骤：
1.将ADPU 置1，使ATD 启动；
2.按照要求对转换位数、扫描方式、采样时间、时钟频率及标志检查等方式进行设置；
3.发出启动命令；
如果上电默认状态即能满足工作要求，那么只要将ADPU 置1，然后通过控制寄存器发出转换命令，即可实现转换。
程序描述：由通道ATD0进行单通道A/D转换，转换值在B口显示。
程序如下：
程序一：
#include
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
byte ad_value; //AD转换结果
void Delay(int i) { //延时程序
int j;
for(;i>0;i--)
for(j=500;j>0;j--)
;
}
/***---------------初始化程序---------------***/
void InitBusClk(void) {
CLKSEL=0X80; //PLLSEL 1 : Bus Clock=PLLCLK/2
// 0 : Bus Clock=OSCCLK/2
PLLCTL_PLLON=1; //开启PLL
SYNR=0;
REFDV=0X03; //OSCCLK=16MHz
//PLLCLK=2*OSCCLK*[(1+SYNR)/(1+REFDV]=32/4=8MHz
while(!(CRGFLG_LOCK==1)); //直到LOCK=1,when PLL is ready,退出循环
CLKSEL_PLLSEL=1;
//PLLSEL 1 : Bus Clock=PLLCLK/2=8MHz/2=4MHz
// 0 : Bus Clock=OSCCLK/2=16M/2=8MHz
}
void InitAD(void){
ATD0CTL2 = 0XC0; // 1100 0000 启动A/D，快速清除标志位
// 无等待模式，外部触发禁止（bit2=0），
中断禁止（bit1=0）
ATD0CTL3 = 0X0C;
// 0 0001 1 00 转换序列为1 、FIFO模式启动，冻结模式下继续转换
ATD0CTL4 = 0XE1; // 1 11 00001 8位精度，16AD采样时间
// 总线（1+1）*2 = 4 分频，AD时钟= 1MHz ATD0CTL5 = 0X27;
// 0 0 1 0 0 111 右对齐，无符号，连续转换，单通道, 起始通道ATD7
// DJM DSGN SCAN MULT 0 CC CB CA
// DJM :1-Right justified 0-Left justified
// DSGN:1-Signed data 0-Unsigned data
// SCAN:1-Continuous 0-Single conversion
// CC CB CA : Analog Input Channel Select Code
ATD0DIEN = 0X00; // 数字输入disabled
}
/***---------------主程序---------------***/
void main(void) {
/* put your own code here */
_DISABLE_COP(); // 关看门狗
InitBusClk();
InitAD();
DDRB=0XFF; // 设PORTB为输出口
PORTB=0x00;
EnableInterrupts; // 开放总中断
for(;;) {
while(!ATD0STAT2L_CCF7); //等待转换结束，退出循环
ad_value=(byte)ATD0DR7H;
//左对齐,右对齐时转换结果都先存储在ATD0DRxH,后存储在ATD0DRxL.
Delay(200); //延时
PORTB=ad_value;
//PORTB输出AD转换结果，并用8个LED发光二极管显示
//_FEED_COP(); /* feeds the dog */
} /* loop forever */
/* please make sure that you never leave main */
}
程序二：（用指针实现AD转换）
#include
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
byte AD_Value; //AD转换结果
void Delay(int i) { //延时程序
int j;
for(;i>0;i--)
for(j=500;j>0;j--)
;
}
/***---------------初始化程序---------------***/
（初始化程序与上述相同）
/***---------------读取AD转换结果---------------***/
void AD_GetValue(word *AD_Value){
*AD_Value=ATD0DR0;
}
void main(void) {
/* put your own code here */
_DISABLE_COP(); //关看门狗
InitBusClk();
InitAD();
DDRB=0XFF; //设PORTB为输出口
PORTB=0x00;
EnableInterrupts;
for(;;) {
while(!ATD0STAT2L_CCF7); //等待转换结束，退出循环
AD_GetValue(&AD_Value); //读取转换结果
Delay(400);
PORTB=AD_Value; //转换结果在B口显示
_FEED_COP(); /* feeds the dog */
} /* loop forever */
/* please make sure that you never leave main */
}
程序三：（用中断实现AD转换）
#include
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
#include
byte AD_Data=0;
//*
void Delay(int i) {
int j;
for(;i>0;i--)
for(j=500;j>0;j--)
;
}
//*/
/***---------------初始化程序---------------***/
void InitBusClk(void) {
CLKSEL=0X80; //PLLSEL 1 : Bus Clock=PLLCLK/2
// 0 : Bus Clock=OSCCLK/2
PLLCTL_PLLON=1; //开启PLL
SYNR=0;
REFDV=0X03; //OSCCLK=16MHz
//PLLCLK=2*OSCCLK*[(1+SYNR)/(1+REFDV]=32/4=8MHz while(!(CRGFLG_LOCK==1)); //直到LOCK=1,when PLL is ready,退出循环
CLKSEL_PLLSEL=1; //PLLSEL 1 : Bus Clock=PLLCLK/2=8MHz/2=4MHz
// 0 : Bus Clock=OSCCLK/2=16M/2=8MHz }
void InitAD(void){
A TD0CTL2 = 0XC3;
// 110 000 11 启动A/D，快速清除标志位,无等待模式，外部触发禁止（bit2=0) // 中断开放（bit1=1,bit0=1)
// bit1 :A TD Sequence Complete Interrupt Enable
// bit0 :A TD Sequence Complete Interrupt Flag
A TD0CTL3 = 0X0C;
// 0 0001 1 00 转换序列为1 、FIFO模式启动，冻结模式下继续转换
A TD0CTL4 = 0XE1; // 1 11 00001 8位精度，16AD采样时间
// 总线（1+1）*2 = 4 分频，AD时钟= 1M
A TD0CTL5 = 0XA7;
// 1010 0111 右对齐，无符号，连续转换，单通道, 起始通道A TD7
A TD0DIEN = 0X00; // 数字输入disabled
}
/***---------------主程序---------------***/
void main(void) {
/* put your own code here */
DisableInterrupts; //关中断
InitBusClk();
InitAD();
DDRB=0XFF; //设B口为输出口
PORTB=0X00;
EnableInterrupts; //开中断
for(;;){
//while(!A TD0STA T2L_CCF7);
PORTB=(byte)AD_Data; //B口显示转换结构
}
}
/***---------------中断服务程序---------------***/
#pragma CODE_SEG NON_BANKED
void interrupt 22 IntAD(void){ // AD转换的中断向量号为33
DisableInterrupts; //关中断
//while(!A TD0STA T2L_CCF7);
AD_Data=A TD0DR0H; //读取AD转换结果
EnableInterrupts; //开中断
}
#pragma CODE_SEG DEFAULT