MSP430ADC12转换模块总结.doc

MSP430单片机ADC12模块的总结
在MSP430单片机系列中，很多都有12通道12位的ADC（简称ADC12模块）。如MSP430F13X、MSP430F14X、MSP430F15X、MSP430F16X、MSP430F43X、MSP430F44X 等系列。较其它带A/D转换的单片机，MSP430的ADC精度高，设计灵活巧妙，给数据采集系统的设计带来了全新的思路。
一、ADC模块的常用性能指标
1、分辨率
表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量，它定义为转换器的满刻度电压与2n的比值，其中n为ADC的位数。如：一个12位的ADC模块的分辨率为满电压刻度的1/4096 。
2、量化误差
是由于有限数字对模拟数值进行离散取值（量化）而引起的误差。其理论值为一个单位分辨率，即±1/2LSB 。
3、转换精度
其反映的是ADC模块在量化上与理想的ADC模块进行AD转换的差值。
4、转换时间
指ADC模块完成一次AD转换所需的时间，转换时间越短越能适应输入信号的变化。
此外还应考虑所使用的电压范围、工作温度、接口特性以及输出形式等性能。
二、ADC12主要特点
1、12位转换精度，1位非线性微分误差，1位非线性积分误差；
2、有多种时钟源提供给ADC12模块，而且模块本身内置时钟发生器；
3、内置温度传感器；
4、Timer_A/Timer_B硬件触发器；
5、拥有8 个可配置的外部模拟信号采样通道，拥有4 个内部通道，用于Vcc 电压值、温度、外部正负电压参考的测量；
6、内置参考电源，并且参考电压有6种组合；
7、模数转换有4种模式；
8、16字转换缓存；
9、ADC12可关断内核支持超低功耗应用；
10、采样速度快，最高可达200ksps；
11、自动扫描；
12、DMA使能；
进行AD 转换通常需要设置的内容有：转换通道、采样保持、参考电压、转换时钟、转换模式、结果缓存。
三、ADC12的功能模块
Msp430单片机ADC12模块有以下五个部分组成：
（1）参考电压发生器；
（2）模拟多路器；
（3）具有采样和保持功能的12为转换内核；
（4）采样及转换所需的时序控制；
（5）转存结果缓存。图1 ADC12内部结构图

1、参考电压发生器
AD转换都需要一个基准信号，通常为电压基准。ADC12内置参考电源，而且参考电压有6种可编程选择，分别为VR+与VR-的组合。
其中VR+（有3种）：
AVCC (模拟电源正端)
VREF+ (A/D转换器内部参考电源的正输出端)
VeREF+ (外部参考电源的正输入端)
VR-（有3种）：
AVSS (模拟电源负端)
VREF- (A/D转换器内部参考电源的负输出端)
VeREF- （外部参考电源的负输入端）
2、模拟多路器
对多个模拟信号进行采样并转换时，由于A/D只有一个转换内核，每次只能选通一个信号进行采样并转换。ADC12配置有8路外部通道和4路内部通道：
8路外部通道： A0~A7 实现外部8路模拟信号的输入
4路内部通道： VeREF+
VREF- 或 VeREF-
（AVCC-AVSS）/ 2
片内温度传感器的输出
4个作为待转换模拟输入信号
3、具有采样和保持功能的的12位转换器内核
ADC12是一个12位的模数转换器，并能够将数据保存在ADC12MEM转换存储器中。该内核两个可编程的参考电压（VR+和VR-）定义转换的最大值和最小值。当输入模拟电压等于或高于VR+时，ADC12输出满量程值0FFFH，当输入电压等于或小于VR-时，ADC12输出0 。
输入模拟电压的最终结果满足公式：

ADC12模块由ADC12CTL0和ADC12CTL1两个控制寄存器完成设置。ADC内核使能由ADC12ON位控制。大多数情况下，只有在ENC=0时，ADC12的控制才可以被修改，在进行转换时，ENC位必须设为1。
4、采样及转换所需的时序控制
采样和转换所需要的各种时钟信号：
ADC12CLK转换时钟、 SAMPCON采样及转换信号、SHT控制的采样周期 、 SHS控制的采样触发来源选择 、ADC12SSEL选择的内核时钟源 及 ADC12DIV选择的分频系数等。
注意：只有在这些时序控制电路的指挥下，ADC12各部件才能协调工作！
5、转存结果缓存
ADC12共有12个转换通道，设置了16个转换存储器，用于暂存转换结果，合理设置后，ADC12硬件会自动将转换结果存放到相应的ADC12MEMx存储寄存器中。每个转换器ADC12MEMx都有自己对应的控制寄存器ADC12CTLx。控制寄存器控制各个转换寄存器必须选择基本的转换条件。

四、ADC12相关寄存器
表1 ADC12相关寄存器总述
寄存器类型
寄存器缩写
寄存器的含义
转换控制
寄存器
ADC12CTL0
转换控制寄存器0
ADC12CTL1
转换控制寄存器1
中断控制
寄存器
ADC12IFG
中断标志寄存器
ADC12IE
中断使能寄存器
ADC12IV
中断向量寄存器
存储寄存器
ADC12MEM0~
ADC12MEM15
存储寄存器0~15
控制寄存器
ADC12MCTL0~
ADC12MCTL15
控制寄存器0~15

（1）转换控制寄存器
表2 ADC12CTL0--转换控制寄存器0
位
代号及含义
功能描述
备注
0
ADC12SC--采样/转换控制位
在ENC=1,ISSH=0时设置SHP=1,在ADC12由0变为1时启动A/D转换
用软件启动一次AD转换，需要使用一条指令来完成ADC12SC与ENC的设置
1
ENC--转换允许位
0：ADC12为初始状态，不能启动A/D转换
1：首次转换由SAMPCON上升沿启动
只有在ENC为高电平时，才能用软件或外部信号启动转换
2
ADC12TVIE--转换时间溢出中断允许位
0：没发生转换时间溢出
1：发生转换时间溢出
当前转换还没完成时，又发生一次采样请求，则会发生转换时间溢出
3
ADC12TOVIE--溢出中断允许位
0：没发生溢出
1：发生溢出

4
ADC12ON--ADC12内核控制位
0：关闭ADC12内核
1：打开ADC12内核

5
REFON--参考电压控制位
0：内部参考电压发生器关闭
1：内部参考电压发生器打开

6
2.5V--内部参考电压值选择位
0：选择1.5V内部参考电压
1：选择2.5V内部参考电压

7
MSC--多次采样/转换位
在SHP=1，MSC=0时，每次转换需要SHI信号的上升沿触发采集定时器
在CONSQ0，MSC=1时，仅首次转换同SHI信号的上升沿触发采样定时器，而后采样转换将在一次转换完成立即进行
CONSQ0表示当前模式不是单通道单次转换
8~11
SHT0--采样保持定时器0
定义了每通道转换结果中的转换时序与采样时钟ADC12CLK的关系。采样周期则是ADC12CLK周期的4倍，则：

12~15
SHT1--采样保持定时器1

表3 ADC12CTL1--转换控制寄存器1
位
代号及含义
功能描述
备注
0
ADC12BUSY--ADC12忙标志位
0：表示没有活动的操作
1：表示ADC12正处于采样期间、转换期间或序列转换期间
只用于单通道单次转换模式，在其它转换模式下，该位无效
1~2
CONSEQ--转换模式选择位
00：单通道单次转换模式
01：序列通道单次转换模式
10：单通道多次转换模式
11：序列通道多次转换模式

3~4
ADC12SSEL--ADC12内核时钟源选择位
00：ADC12OSC ADC12内部时钟源
01：ACLK 辅助时钟
10：MCLK 系统主时钟
11：SMCLK 系统子时钟

5~7
ADC12DIV 分频因子选择位
分频因子为3位二进制数加1

8
ISSH——采样输入信号方向控制位
0：采样输入信号为同向输入
1：采样输入信号为反向输入

9
SHP——采样信号（SAMPCON）选择控制位，
0：SAMPCON源自采样触发输入信号
1：SAMPCON源自采样定时器，由采样输入信号的上升沿触发采样定时器

10~11
SHS——采样触发输入源选择位
00：ADC12SC
01：Timer_A.OUT1
10：Timer_B.OUT0
11：Timer_B.OUT1

12~15
CSSTARTADD——转换存储器地址位
该4位所表示的二进制数0～15分别对应ADC12MEM0～15
可以定义单次转换地址或序列转换的首地址
（2）转换存储控制寄存器
表4 ADC12MCTLX--转换存储控制寄存器
位
0~3
4~6
7
代号及含义
INCH——模拟输入通道选择位
SREF——参考电压源选择位
EOS——序列结束控制位
功能
描述
0000～0111：A0～A7
1000：VeREF+
1001：VREF-/VeREF-
1010：片内温度传感器的输出
1011~1111：（AVCC-AVSS）/2
000：Vr＋＝AVcc，Vr－＝Avss
001：Vr＋＝VREF＋，Vr－＝Avss
010：Vr＋＝VEREF+，Vr－＝Avss
011：Vr＋＝AVcc，Vr－＝VREF-/VEREF-
100：Vr＋＝VREF+，Vr－＝VREF-/VEREF-
101：Vr＋＝VEREF+，Vr－＝VREF-/VEREF-
0：序列没有结束
1：该序列中最后一次转换
备注

（3）ADC12MEM0～ADC12MEM15 转换存储寄存器
该组寄存器均为16位寄存器，用来存放A/D转换结果。中用其中低12位，高4位在读出时为0。
（4）中断控制寄存器
表5 相关中断寄存器
寄存器名称
缩写
功能描述
备注
中断标志寄存器
ADC12IFG
ADC12IFG.X=1 转换结束，并且转换结果已经装入转换寄存器
ADC12IFG.X=0 ADC12MEMX被访问

中断使能寄存器
ADC12IE
ADC12IE.X=1允许相应的中断标志ADC12IFG.X在置位时发生的中断请求服务
ADC12IE.X=0禁止相应的中断标志ADC12IFG.X在置位时发生的中断请求服务

中断向量寄存器
ADC12IV
ADC12是一个多源中断：有18个中断标志（ADC12IFG.0-ADC12IFG15、ADC12TOV、ADC12OV）但是只有一个中断向量

五、ADC12转换模式
ADC12提供4种转换模式：
1、单通道单次转换
2、序列通道单次转换
3、单通道多次转换
4、序列通道多次转换
注意：无论用户使用何种模式，都要处理以下问题
设置具体模式；输入模拟信号；选择启动信号；关注转换结束信号。
1）单通道单次转换模式要进行如下设置：
X=CSStartAdd，指向转换开始地址
ADC12MEMx存放转换结果；
ADC12IFG.x为对应的中断标志；
ADC12MCTLx寄存器中定义了通道和参考电压。
转换完成时必须使ENC再次复位并置位（上升沿），以准备下一次转换。在ENC复位并再次置位之前的输入信号将被忽略。
2）序列通道单次转换模式要进行如下设置：
X=CSStartAdd, 指示转换开始通道；
EOS(ADC12MCTLx.7)=1标志序列中最后通道y，非最后通道的EOS位都是0，表示序列没有结束；
ADC12MEMx，…， ADC12MEMy存放转换结果；
ADC12IFG.x，…， ADC12IFG.y为对应的中断标志；
ADC12MCTLx寄存器中定义了通道和参考电压。
转换完成时必须使ENC再次复位并置位（上升沿），以准备下一次转换。在ENC复位并再次置位之前的输入信号将被忽略。
3）单通道多次转换模式要进行如下设置：
X=CSStartAdd, 指示转换开始通道；
ADC12MEMx 存放转换结果；
ADC12MCTLx寄存器中定义了通道和参考电压。
该模式的停止有如下几种方法：
使CONSEQ=0，改变为单通道单次模式；
使ENC=0，直接使当前转换完成后停止；
使用单通道单次模式替换当前模式，同时使ENC=0 。
4）序列通道多次转换模式要进行如下设置：
X=CSStartAdd, 指示转换开始通道；
EOS(ADC12MCTLx.7)=1标志序列中最后通道y ；
ADC12MCTLx寄存器中定义了通道和参考电压；
改变转换模式不必停止当前转换，一旦改变模式，将在当前序列完成后立即生效。
六、程序代码
例【1】 选择外部参考源
#include "msp430x44x.h"
void main(void)
{
WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;
P6SEL |= 0x01; // 使能A/D 通道A0
ADC12CTL0 = ADC12ON+SHT0_2; // 打开 ADC12, 设置采样时钟
ADC12CTL1 = SHP; // 使用采样时钟
ADC12MCTL0 = SREF_2; // Vr+ = VeREF+ (外部)
ADC12CTL0 |= ENC; // 使能转换
while (1)
{
ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 开始转换
while ((ADC12IFG & ADC12BUSY)==0);
_NOP();
}
}
例【2】 选择内部参考源
#include "msp430x44x.h"
void main(void)
{
ADC12CTL0 = ADC12ON+SHT0_2+REFON+REF2_5V; // 打开 ADC12, 设置采样时钟
ADC12CTL1 = SHP; // 使用采样时钟
ADC12MCTL0 = SREF_1; // Vr+=Vref+
for ( i=0; i<0x3600; i++) // 为参考源启动提供延迟
{
}
ADC12CTL0 |= ENC; // 使能转换
while (1)
{
ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 开始转换
while ((ADC12IFG BIT0)==0); //等转换结束
_NOP();
}
}
七、总结
1、MSP430可以使用内部、外部的参考电压，内部1.5或2.5，外部0~3.3，可以通过寄存器设置，采样电压的输入范围最大为0~3.3即AVss~AVcc。使用外部AVss~AVcc作为参考电压不够稳定，但是精度高，使用内部电压较稳定。
如：ADC12CTL0 |= REFON + REF2_5V; //打开内部电压发生器，参考电压选择为2.5V。
2、A0~A7口为外部8路模拟信号的输入通道，4路内部通道： VeREF+、VREF- 或 VeREF-、（AVCC-AVSS）/ 2、片内温度传感器的输出，4个作为待转换模拟输入信号。可以通过设置ADC12MCTLx转换存储控制寄存器的模拟输入通道选择位INCH。
0～7：A0～A7
8：VeREF+
9：VREF-/VeREF-
10：片内温度传感器的输出
11～15：（AVCC-AVSS）/2
3、430单片机ADC12转换模块中有四个时钟信号源:
1：内部时钟ADC12OSC
2：ACLK辅助时钟
3：MCLK系统主时钟
4：SMCLK 系统子时钟
可以通过ADC12SSELX来选择用那一种。
4、ADC12共有12个转换通道，设置了16个转换存储器，用于暂存转换结果，合理设置后，ADC12硬件会自动将转换结果存放到相应的ADC12MEMx存储寄存器中。至于读取的话，可以直接从存储寄存器中读出数据。