汽车电子网关-XC2000及XE166家族ADC模块浅解应用攻略

1 简介

1.1 概述

本应用笔记提供了一些关于XC2000/XE166家族16位微控制器的模拟数字转换模块（ADC）的主要功能单元的详细信息。本应用笔记将结合一个能给模块的使用很好启示的例子来讨论ADC模块的功能描述和配置选项。

1.2 背景

为了满足应用程序的实时要求，能减轻CPU负载的自主ADC模块是必需的。XC2000/XE166家族的微控制器提供了一个最适合汽车和工业应用的需求的专门的ADC模块。此ADC模块利用自身专有的硬件电路自主工作，从而减少CPU负载。因此，CPU可以用于其它主要的任务。

ADC 模块包含两个独立的内核（ADC0、ADC1），它们可独自工作、也可同步工作。ADC 内核用于进行模数转换，并提供多种触发转换、数据处理和结果保存的方式。有了这个结构，便可支持高达两个模拟输入通道的并行转换。

1.3 ADC模块的特点

XC2000/XE166系列微控制器包括16路多路模拟输入的10位模拟- 数字转换通道。该ADC模块采用逐次逼近技术以8个不同的电源来转换模拟电压。

ADC模块的特点包括：

∙3个转换请求源，可选外部事件或定时器事件触发，自动扫描，可编程序列及软件触发等转换方式。

∙两个ADC 内核可同步工作，用于同时开始转换、对模拟输入信号并行采样和测量（如用于测量AC 驱动器的相电流）。

∙外部模拟复用器的控制功能，考虑附加的建立时间和扫描支持。

∙采样时间可调整，从而可和不同模拟信号源（传感器等）的输出阻抗匹配。

∙可取消正在执行的转换、并根据需要自动重新启动转换。

∙灵活的中断产生（支持PEC）。

∙极限检查功能用于降低中断负载（如用于温度测量或过载检测，只有当数值超过可编程边界值时才产生中断）。

∙可编程数据压缩滤波器（如用于数字抗混叠滤波），可叠加多个（个数可编程）转换结果。

∙独立的结果寄存器（8 个独立的寄存器）。

∙支持转换结果FIFO 缓存机制，从而允许更长的中断延迟。

∙支持挂起和省电模式。

∙每路通道的参考输入可单独编程选择，从而可通过同一个ADC 内核对3.3V 和5V 范围内的信号进行测量。

2 ADC模块的工作规则

2.1 ADC模块的功能简介

在16位单片机的XC2000/XE166家族中，ADC模块由两个独立内核（ADC0、ADC1）组成。它们可独自工作、也可同步工作。图1给出了ADC模块的大致框图。

Figure 1 ADC模块框图

每个ADC内核包括：

∙模数转换器，最多带有16 路模拟输入（CH0 - CH15）。该模块选择一路输入信号CHx、将该通道上的模拟电压转换为数据值。

∙转换控制单元，定义诸如采样时间、转换精度和参考电压等转换参数。采样时间和转换精度对于多个通道来说是相似的，因此可分组构成“输入组”。每路通道可单独分配一个输入组来定义这些参数。转换控制还用于处理转换的开始条件，比如立即开始（取消-插入-重复）、覆盖前一个转换结果（等待读取）、或ADC 内核同步（并行转换）。

∙请求控制单元，定义接下来将要转换哪路模拟输入通道。它包含 3 个请求源，可根据不同的事件（如PWM 或定时器信号的跳变沿、或端口引脚上的事件）触发转换。每个请求源可顺序触发1 路、4 路、至最多16 路转换。

∙结果处理单元，提供8 个结果寄存器用于保存转换结果。结果处理模块还支持数据压缩（比如用于数字抗混叠滤波），通知CPU 新数据可用之前自动叠加4 次的转换结果。此外，结果寄存器可级联构成FIFO 结构，从而可同时保存多个转换结果（前一个转换结果不被覆盖）。该特性还有助于处理CPU 中断响应。

∙中断产生单元，根据ADC 事件向CPU 发送中断请求。ADC 内核可基于不同的机制产生中断，如一些中断和转换结果所在范围（极限检查）有关，一些中断可将转换结果传送到内存单元中以备后续处理；在完成整个一系列转换之后也会产生一些中断。

2.2 ADC模块时钟方案

ADC 内核中的时钟信号均基于f ADC时钟产生。图2给出了ADC内核时钟方案的示意图。

Figure 2 ADC时钟方案

和其它模块一样，ADC模块使用系统时钟来进行操作。

由于ADC时钟没有分频器，因此如果ADC模块被选择了，则f ADC = f SYS。

ADC模块使用两个内部时钟信号f ADCI（用于模数转换器）和f ADCD （用于仲裁器）。所有其它数字结构（如中断等）直接由模块时钟f ADC驱动。

2.2.1 模数转换器的模拟时钟产生

模拟时钟f ADCI用作转换器的内部时钟，定义转换时间和采样时间。f ADCI 可通过编程位域GLOBCTR.DIVA 进行修改。见图3。

Figure 3 f ADCI模拟时钟调整

DIVA位定义转换器时钟f ADCI（用于计算转换时间和采样时间），由f ADC时钟周期数表示。DIVA位的配置结果：

00H f ADCI = f ADC Array 01H f ADCI = f ADC/2

02H f ADCI= f ADC/3

• • •.

3F H f ADCI= f ADC/64