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

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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.

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. ADCCON2 寄存器控制转换序列是如何执行的。
5. 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。
6. 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。
7. 转换序列的最后一个通道由ADCCON2.SCH 位选择，如上所述。
8. 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：

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