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 /* 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/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