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A1、输出放大器A2、保持电容CH和电子开关S组成，要求 AV1* AV2= 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 AV1 * AV2= 1，所以输出等于输入；当开关S断开时，由于A2输入阻抗较大而且开关理想，可认为CH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 <hidef.h> /* common defines and macros */#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/2PLLCTL_PLLON=1; //开启PLLSYNR=0;REFDV=0X03; //OSCCLK=16MHz//PLLCLK=2*OSCCLK*[(1+SYNR)/(1+REFDV]=32/4=8MHzwhile(!(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 CodeATD0DIEN = 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 <hidef.h> /* common defines and macros */#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 <hidef.h> /* common defines and macros */#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */#include <mc9s12xs128.h>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/2PLLCTL_PLLON=1; //开启PLLSYNR=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 FlagA 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= 1MA TD0CTL5 = 0XA7;// 1010 0111 右对齐，无符号，连续转换，单通道, 起始通道A TD7A 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_BANKEDvoid interrupt 22 IntAD(void){ // AD转换的中断向量号为33DisableInterrupts; //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。