C8051F020中的ADC应用要素

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摘要：归纳SOC型芯片C8051F020中模数转换部分的应用要素，包括精度与通道、速率与启动、基准与增益、数据与控制，提出编程及相关SFR的操作顺序。

    关键词：片上系统（SOC） A/D转换（ADC） 特殊功能寄存器（SFR）

C8051F020（简称F020）是美国德州Cygnal公司推出的一种混合信号SOC型8位单片机。它属于C8051F系列中的F02x子系列。其性能价格比在目前应用领域极具竞争力。F020具有8路12位A/D转换（简称ADC）接口和8路8位在线可编程（ISP）的ADC电路，片上的特殊功能寄存器（简称SFR）有15个与ADC的控制相关，它们是：

AMUX0SL——AMUX0通道选择寄存器，复位值为00000000；

MAX0CF——AMUX0配置寄存器，复位值为00000000；

ADC0CF——ADC0配置寄存器，复位值为11111000；

ADC0CN——ADC0控制寄存器，复位值为00000000；

ADC0H——ADC0数据字MSB寄存器，复位值为00000000；

ADC0L——ADC0数据字LSB寄存器，复位值为00000000；

ADC0GTH——ADC0下限数据高字节寄存器，复位值为11111111；

ADC0GTL——ADC0下限数据低字节寄存器，复位值为11111111；

ADC0LTH——ADC0上限数据高字节寄存器，复位值为00000000；

ADC0LTL——ADC0上限数据低字节寄存器，复位值为00000000；

AMX1SL——AMUX1通道选择寄存器，复位值为00000000；

ADC1CN——ADC1控制寄存器，复位值为00000000；

ADC1CF——ADC1配置寄存器，复位值为11111000；

ADC1——ADC1数据字寄存器，复位值为00000000；

REF0CN——基准电压控制寄存器，复位值为00000000。

ADC是混合信号控制器的重要功能，如欲在应用编程中得心应手，就必须对其相关的要素有较清晰的整体认识。

1 ADC的精度与通道

F020采用TQFP100封装，芯片引脚有8个（引脚18～25）专用于模拟输入，是8路12位ADC的输入端。每路12位的转换精度都是其自身的±1LSB（最低位）。实际上，对于12位逐次逼近寄存器型（SAR）ADC只有1个，在它与各输入端之间有1个具有9通道输入的多路选择开关（可配置模拟多路开关AMUX）。AMUX的第9通道连接温度传感器。在F020中，12位ADC称为ADC0，另有8路8位在系统可编程（ISP）的ADC电路称为ADC1。其8个外接引脚与P1口复用，片内结构与ADC0相近，只是转换的位数为8位，转换精度为8位的±1LSB。

ADC0端口的每一对均可用编程设置成为分别地单端输入或差分输入。差分输入时的端口配对为0-1、2-3、4-5、6-7，此设置由通道选择寄存器AMUX0SL的低4位和通道配置寄存器AMUX0CF的低4位确定。在AMX0CF中，位3～0各对应2个引脚通道。位值=0，表示是独立的单端输入（复位值均为单端输入）；位值=1，表示是差分输入对。对应AMX0CF选差分输入时，AMUX0SL中只有在选双数（含0）通道时才有效（注：AMUX0SL低4位为1xxx时，不论AMX0CF低4位为何值，均选温度传感器）。

将REF0CN的位3置“1”时，允许使用温度传感器；置“0”时，温度传感器的输出为高阻态。温度传感器的值可用于修正参数的非线性或记录、调整与温度相关的数据。

2 ADC的速率与启动

C8051F系列单片机中ADC的速率都是可用编程设置的，但最少要用16个系统时钟。一般在转换之前还自动加上3个系统时钟的跟踪/保持捕获时间（>1.5μs）。设置F020内ADC速率的方法是通过配置寄存器ADCxCF(x为0或1)的位7～3来进行的，其复位值为11111（位7～3=SYSCLK/CLK SAR-1）。

一般在启动ADC之前都要处于跟踪方式，控制寄存器ADCxCN的位6如果为“0”，则一直处于跟踪方式（此时启动4种启动方式都可比跟踪启动快3个系统时钟）；如为“1”，则有4种跟踪启动方式可选择，即对ADCxCN中的位3～2赋值：00为向ADBUSY写1时跟踪（软件命令）；01为定时器3溢出跟踪；10为CNVSTR上升沿跟踪（外部信号）；11为定时器2溢出跟踪。

复位时，ADCxCN的位7为0，处于关断状态。每次转换结束时，ADCxCN的位5为“1”，位4（忙标志）的下降沿触发结构中断，也可用软件查询这些状态位。

3 ADC的基准与增益

F020的片内有1个1.2V、15×10 -6/℃的带隙电压基准发生器和1个两倍增益的输出缓冲器。2.4V的基准电压（VREF）可通过外引脚分别接入ADC0、ADC1和DAC中。VREF对外带载能力为200μA（建议在驱动外部负载时，对地接1个负载电阻）。ADC使用偏置时，必须将参考源控制寄存器REFcCN中的位1置“1”；如果“0”，则关闭内部偏压，此时可通过VREF引脚（引脚12）使用外部基准电压，外部基准电压必须小于VAV±0.3V（还要大于1V）。不用ADC，也不用DAC时，可将REFxCN的位0置“0”，使缓冲放大器处于省电方式（输出为高阻态）。

设置REF0CN的位4为“0”时，ADC0用VREF偏置，为“1”时，用DAC0输出偏置；设置REF0CN的位3为“0”时，ADC1用VREF偏置，为“1”时，用AV+偏置。

在F020的ADC电路中，输入多路选择开关AMUX后面都带有1个可用编程设置增益的内部放大器（PGA）。当各模拟通道之间输入的电压信号范围差距较大时，或需要放大一个具有较大直流偏移的信号时（在差分输入方式，DAC可用于提供直流偏移）显得尤为有用。设置的方式是配置ADCxCF中的位2～0（000对应PGA的增益为1；001对应为2；

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