2020年03月30日 | MSP430使用指南32 -> SAC智能模拟组合

SAC（Smart Analog Combo），即智能模拟组合，这个IP核出来的时间并不长，目前只用在了两个片子上：MSP430FR2353和MSP430FR2355。首先看一下SAC内部是个什么结构呢：

从上图可以看到，内部本质上就是一个OPA放大器，同时在运放的+和-的输入端有个选择开关，可以根据客户的需求搭建不同的电路，同时内部还集成一个12 bit的DAC模块，用于在一些使用环境下提供固定的电压，可以实现电压偏移的目的。

针对上述这个内部结构，我们进行细致的分析：

对于+输入端，有三个可以选择的通道：

00：引脚接入  

01：12 bit DAC信号  

10：内部Amp的输出，也就是其他SAC模块的输出，用于多级Amp的组合。

对于-输入端，同样也有三个可以选择的通道：

00：引脚接入（也可以选择本Amp的输出构成反馈电路，也可以直接接地）

01：可编程的增益

10：内部Amp的输出，也就是其他SAC模块的输出，用于多级Amp的组合。

那么如何使用呢，主要用在哪些方面呢：

总的一句话来说，只要是使用Amp的电路设计上，都能用到这个模块的资源，在聚焦一点的话，就是微小电流的检测，比如生物科技中的血糖仪，血氧仪，脉搏检测器等。同时也可以用于驱动一定功率的红外或者led。

下面讲述有哪几种常用的方法即连接方式：

General-Purpose Mode (通用模式)

如上图所示的通用模式，OA的正端和负端均选中位外部引脚作为输入，同时输出端不反馈，因此可直接作为一个OA使用，用户可以自己搭建外围电路。

Buffer Mode(缓冲器模式)

如上这种电路拓扑结构，是电压跟随器，电压缓冲器的连接方式（跟随器和缓冲器有一定区别，不细说），在用户要求一些输入阻抗高，输出阻抗低的情况下可以使用。

Inverting  Mode(反转模式)

反转模式，如上所示，这种电路结构应该是用户使用最多的电路了，负端作为输入，正端可以提供一个需要的偏执电压，具体公式不细说，比较简单了资料也很多。

对于正端提供的偏执电压呢，有两种方式：内部12 bitDAC和直接引入外部的电压。即位如上所示的两种结构。

Noninverting  Mode(同相模式)

这个电路拓扑是同相模式，输入端从正端输入，负端和输出通过可调节的增益相连接构成一个反馈电路。

SAC内部本质上就是运放结构，同时在输入及输出端搭配了多个选择开关，从而用户在使用过程中可以免去外部的电阻，电容等电路，节省板载空间，也可以加速用户设计。同时内部的SAC模块可以级联，进行多级放大，更便于使用。那么如何设置内部的电路结构呢？当然是操作寄存器！ 下面详细讲解一下相关的寄存器设置并给出参考程序。

先整体看一下寄存器的内容，SAC模块包括6个寄存器，如下：

SACxOA

SACEN : SAC模块的使能位，1时使能所有的SAC模块，失能情况下输出位高阻状态。

OAPM : OA的模式选择，也就是可以是高速或低速的，当然高速或者低速会影响功耗，带宽，速度等，具体参数可以参考芯片的datasheet，如下图所示位FR2355的数据。

OAEN ：内部OA使能，这一位用于控制SAC内部的OA模块的使能。

NMUXEN : 这一位控制着OA负端输入的使能，看内部结构框图可以看出，在OA负端输入前有两级：第一级时MUX，也就是选择输入源，第二季是使能MUX，也就是说即使选择了MUX的输入源，这个也必须使能，否则MUX与OA的负输入端会断开。

NSEL : 负端输入选择位。

PMUXEN : 这一位和负端的NMUXEN类似，控制着正端的MUX与OA的连接或断开。

PSEL : 正端输入选择位。

SACxPGA

GAIN : OA增益选择，也就是在上面讲述的图中的可调增益的设置位，有三位，配合NSEL PSEL MSEL可以实现多种模式下的增益选择。

MSEL : PGA模式的选择，控制的是如下图中的内部电路结构：

综上可以发现，电路拓扑即增益等参数与MSEL PSEL NSEL GAIN有关系，具体这些参数怎么设置呢？ 下图给了一些参数的示例，在使用过程中可以根据下述资料进行寄存器的设置。

SACxDAC

SACxDAC寄存器显而易见是用来控制SAC内部那个12bit DAC模块的，那么内部这个DAC模块的电路结构是什么样子的呢？

那么我们对着这张DAC内部的结构图就可以很容易的看懂这个寄存器里每一位的含义了。

DACSREF : 这一位决定着DAC的参考电压，有两个选项：primary和secondary，每一项的参考源在芯片的datasheet中可以查看到，如下图是FR2355的信息。

DACLSEL : 从上面结构上可以看到，这一位决定着设置的DAC值是否进入DAC CORE，当设置的数据进入DAC CORE后，则会驱动相应电压输出，也就是说这一位决定着DAC内核电压改变的频率，可以是实时的，也可以是脉冲控制的。

DACDMAE : DAC内部DMA请求使能，当DAC数据更新时，如果此位使能的情况下，则会有一个DMA的请求。

DACIE : DAC中断的使能信号，在DAC数据更新时可以产生一个中断信号给CPU。

DACEN : DAC使能位。

SACxDAT

这个寄存器是用于设置DAC电压值的，DAC的输出电压值是多少呢？ 根据下面这个公式进行计算：

SACxDACSTS

这个寄存器是DAC的状态标志寄存器，目前只有0位用于DACIFG，其他均是预留的。

DACIFG是DAC数据更新的标志位。

SACxIV

DAC中断向量寄存器，只读寄存器，和DAC内部数据更新产生的中断有关系。当产生中断时，会触发中断向量处的程序，进而可以执行用户的中断服务程序。

好啦，在描述完SAC的所有寄存器后，提供几个例程以供大家参考使用(MSP430FR2355)：

General Purpose Mode:

#include

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watch dog timer

  P1SEL0 |= BIT1 + BIT2 + BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  P1SEL1 |= BIT1 + BIT2 + BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  SAC0OA |= NMUXEN + PMUXEN;                // Enable negative and positive input

  SAC0OA |= OAPM;                           // Select low speed and low power mode

  SAC0OA |= SACEN + OAEN;                   // Enable SAC and OA

  __bis_SR_register(LPM3_bits);             // Enter LPM3

}

Buffer Mode:

#include

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watch dog timer

  P1SEL0 |= BIT1 + BIT3;                    // Select P1.1 P1.3 as external OA function

  P1SEL1 |= BIT1 + BIT3;                    // Select P1.1 P1.3 as external OA function

  SAC0OA |= NMUXEN + PMUXEN + NSEL_1 + OAPM;// Enable negative and positive input

                                            // Select PGA source as OA negative input

                                            // Select low speed and low power mode

  SAC0PGA |= MSEL_1;                        // Set as Unity-Gain Buffer Mode

  SAC0OA |= SACEN + OAEN;                   // Enable SAC and OA

  __bis_SR_register(LPM3_bits);             // Enter LPM3

}

Inverting  Mode:

#include

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watch dog timer

  // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode

  // to activate previously configured port settings

  PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;

  // Configure reference module

  PMMCTL0_H = PMMPW_H;                    // Unlock the PMM registers

  PMMCTL2 = INTREFEN | REFVSEL_0;         // Enable internal 1.5V reference

  while(!(PMMCTL2 & REFGENRDY));          // Poll till internal reference settles

  P1SEL0 |= BIT1 | BIT2 | BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  P1SEL1 |= BIT1 | BIT2 | BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  SAC0DAC = DACSREF_1;                       // Select 1.5V int Vref as DAC reference

  SAC0DAT = 0x0FFF;                         // Set SAC DAC data to 1.5V

  SAC0DAC |= DACEN;                         // Enable DAC

  SAC0OA = NMUXEN + PMUXEN + PSEL_1 + NSEL_1;//Select positive and negative pin input

  SAC0OA |= OAPM;                           // Select low speed and low power mode

  SAC0PGA = GAIN2 + MSEL_0;                 // Set inverting PGA mode with Gain=8

  SAC0OA |= SACEN + OAEN;                   // Enable SAC and OA

  __bis_SR_register(LPM3_bits);             // Enter LPM3

}

Non-inverting  Mode:

#include

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watch dog timer

  P1SEL0 |= BIT1 + BIT2 + BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  P1SEL1 |= BIT1 + BIT2 + BIT3;             // Select P1.1 P1.2 P1.3 OA function

  SAC0OA = NMUXEN + PMUXEN + PSEL_0 + NSEL_1;//Select positive and negative pin input

  SAC0OA |= OAPM;                           // Select low speed and low power mode

  SAC0PGA = GAIN0 + GAIN2 + MSEL_2;         // Set Non-inverting PGA mode with Gain=17

  SAC0OA |= SACEN + OAEN;                   // Enable SAC and OA

  __bis_SR_register(LPM3_bits);             // Enter LPM3

}

DAC Buffer Mode : 就是把DAC数据输出，将SAC当作DAC使用

#include

unsigned int DAC_data=0;

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop watch dog timer

  P1SEL0 |= BIT1;                           // Select P1.1 as OA0O function

  P1SEL1 |= BIT1;                           // OA is used as buffer for DAC

  PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;          // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode

                                 // to activate previously configured port settings

  // Configure reference module

  PMMCTL0_H = PMMPW_H;                      // Unlock the PMM registers

  PMMCTL2 = INTREFEN | REFVSEL_2;           // Enable internal 2.5V reference

  while(!(PMMCTL2 & REFGENRDY));            // Poll till internal reference settles

  SAC0DAC = DACSREF_1 + DACLSEL_2 + DACIE;  // Select int Vref as DAC reference

  SAC0DAT = DAC_data;                       // Initial DAC data

  SAC0DAC |= DACEN;                         // Enable DAC

  SAC0OA = NMUXEN + PMUXEN + PSEL_1 + NSEL_1;//Select positive and negative pin input

  SAC0OA |= OAPM;                            // Select low speed and low power mode

  SAC0PGA = MSEL_1;                          // Set OA as buffer mode

  SAC0OA |= SACEN + OAEN;                    // Enable SAC and OA

  // Use TB2.1 as DAC hardware trigger

  TB2CCR0 = 100-1;                           // PWM Period/2

  TB2CCTL1 = OUTMOD_6;                       // TBCCR1 toggle/set