A/D轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)及分類

前言

A/D轉(zhuǎn)換模塊是單片機的高功能模塊，用于對模擬信號進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，本文以STC8H8K64U單片機為例(原理與其他51單片機并無差別)，該單片機A/D模塊為16通道12位。

A/D轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)

STC8H的這個單片機A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入通道有16個(通道越多，同時可以接收的模擬量就越多)，分別為ADC0——ADC15，其中ADC15用于測試內(nèi)部1.19V基準(zhǔn)電壓，工作時，各個輸入通道都工作在高阻狀態(tài)。

關(guān)于位數(shù)：12位是用于精度，位數(shù)越多，精度越高，以5v電壓為例，當(dāng)一位時，只能分成兩份，2.5v以上是1，2.5v以下為0，當(dāng)兩位時，可以分成4份，也就是1.25v，2.5v，3.75v，5v為分界，提高了精度，以此類推。

該單片機A/D轉(zhuǎn)換模塊由多路選擇開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、12位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換模塊)、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器、A/D轉(zhuǎn)換模塊控制寄存器以及A/D轉(zhuǎn)換模塊配置寄存器構(gòu)成。

A/D轉(zhuǎn)換模塊的分類

按轉(zhuǎn)化原理分類：逐次逼近型、雙積分型、并行/串行比較型、壓頻轉(zhuǎn)換型等

按轉(zhuǎn)化速度分類：超高速<=1ns、高速<=20us、中速<=1ms、低速<=1s。

按轉(zhuǎn)化位數(shù)分類：8、12、14、16。

目前主要有逐次比較型轉(zhuǎn)換器(最常用的)和雙積分型轉(zhuǎn)換器，故接下來主要講解逐次比較型轉(zhuǎn)換器。

逐次比較型轉(zhuǎn)換器

逐次比較型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器根據(jù)逐次比較的邏輯，從最高位(MSB)開始，逐次對每一個輸入的電壓模擬量與內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，多次比較之后，使得轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量逼近輸入模擬量對應(yīng)值，直到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。

下圖為逐次比較型轉(zhuǎn)換器原理圖

A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓源

該A/D轉(zhuǎn)換模塊的電源與單片機電源是同一個，但A/D模塊有獨立的參考電壓源輸入端。

當(dāng)測量精度要求不高時，可以直接使用單片機的工作電壓，高精度時使用精準(zhǔn)的參考電壓。

A/D轉(zhuǎn)換模塊的控制

A/D轉(zhuǎn)換模塊主要由ADC_CONTR、ADCCFG、ADC_RES、ADC_RESL和A/D轉(zhuǎn)換模塊時序控制寄存器ADCTIM以及控制A/D轉(zhuǎn)換的有關(guān)中斷的控制寄存器進(jìn)行控制和管理。

由于寄存器標(biāo)志位等過多，此處僅列舉較為重要的個別寄存器。

此代碼中出現(xiàn)的寄存器有ADC_CONTR，ADC_RES,ADC_RESL。

其中ADC_RES和ADC_RESL共同作為存儲結(jié)果寄存器，RES是高8位，RESL是低8位。

ADC_CONTER各位如下圖：

B7是A/D模塊的電源控制位，1打開，0關(guān)閉。

B6是A/D轉(zhuǎn)換啟動控制位，1時啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后自動清0，為0時無影響(當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換模塊啟動之后，即使寫0也無法停止)

B5是完成標(biāo)志位，完成轉(zhuǎn)換后置1，需要手動清0。

主要：啟動A/D轉(zhuǎn)換前一定保證A/D轉(zhuǎn)換模塊電源已打開，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換模塊電源可以降低能耗。初次打開時需要適當(dāng)延時，等內(nèi)部電路穩(wěn)定后再啟動A/D轉(zhuǎn)換。

A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換結(jié)果選擇

A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換結(jié)束后，結(jié)果保存到ADC_RES和ADC_RESL中(因為是12位，一個寄存器8位，所以需要兩個寄存器拼起來存儲結(jié)果)，但是有兩種存儲格式，由ADCFG中的RESFMT控制。

RESFMT=0時，結(jié)果左對齊，右邊空余位自動為0。

RESFMT=1時，結(jié)果右對齊，左邊空余位自動為0。