2021年11月04日 | 一起学mini2440裸机开发(十三)--ADC原理与实验

概述

S3C2440的CMOS模拟数字转换器ADC可以对8通道模拟输入信号进行循环检测，S3C2440的ADC和触摸屏公用一个ADC转换器，所以学习ADC也是学习触摸屏的基础。

    S3C2440ADC的主要特性如下：

    ●分辨率：10位

    ●最大转换速率：500KSPS

    ●微分线性度误差：±1.0 LSB

    ●积分线性度误差：±2.0 LSB

    ●供电电压：3.3V

    ●模拟输入电压范围：0~3.3V

ADC原理

ADC是一种将模拟信号转化为数字信号的方法，一般要经过采样、保持、量化、编码4个步骤。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中时同时实现的。由奈奎特采样定理可知，当采样频率大于模拟信号中最高频率的2倍时，采样值才能不失真地反映原来模拟信号。

主要技术指标如下：

●  分辨率

通常以输出二进制的位数表示分辨率的高低，一般位数越多，量化单位越小，对输入信号的分辨能力就越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0±~3.3V、分辨率为12位时，可以分辨的最小模拟电压为3.3V/2^12≈0.8mV；而分辨率为10位时，可以分辨的最小模拟电压为3.3V/2^10≈3.2mV。

●  转换误差

它是指在零点和满度都校准以后，在整个转换范围内，分别测量各个数字量所对应的模拟输入电压实测范围与理论范围之间的偏差，取其中的最大偏差作为转换误差的指标。它通常以相对误差的形式出现，并以LSB为单位表示。

●  转换速度

完成一次模数转换所需要的时间称为转换时间。在大多数情况下，转换速度是转换时间的倒数。

ADC的转换速度主要取决于转换电路的类型，并联比较型ADC的转换速度最高，逐次逼近型ADC次之，双积分型ADC转换速度最低。

S3C2440处理器ADC功能图如图1所示，其中虚线框是与触摸屏有关的功能模块，可以暂不考虑，学完ADC基本实验后，再学触摸屏部分也可以。

从图1可以看出，ADC共有8路模拟输入，其中XP、XM、YP和YM是触摸屏使用的4路，剩下的4路模拟输入A[3:0]可以用于一般的ADC输入通道。

此外还需要注意ADC的输入时钟是如何产生的。对于S3C2440处理器，ADC输入时钟是由PCLK分频得到的，如图2所示

ADC相关寄存器

使用ADC只需要对相应的寄存器进行配置，然后启动ADC即可，启动ADC有两种方法：

         ①手动启动

         ②读取完上一次转换结果后自动启动下一次ADC转换

     得到ADC是否转换完成的信息有两种方法

         ①查询法：查询寄存器ADCCON的第15位（ADC转换结束标志位）

         ②中断法：转换完成后，产生ADC中断信号，如图1中的INT_ADC信号。

当不使用触摸屏时，与ADC相关的寄存器主要有寄存器ADCCON和寄存器ADCDAT0。寄存器ADCCON主要用于ADC的启动方式、设置ADC转换时钟以及ADC转换结束标志位等，如下图3。寄存器ADCDAT0中存放了ADC转换所得到的的数据，ADC转换结束后，可以通过读该寄存器的值来得到转换结果。

ADC初始化

对ADC初始化只需要做好以下两个方面的工作：

① 设置ADC输入时钟。

② 选择ADC输入通道。

可以使用如下代码初始化：

#define PRSC_EN   1 //允许预分频

#define PRSCVL   19 //预分频值

#define STDBM   0  //正常工作模式

#define READ_START  0  //读数时不进行A/D转换

void ADC_Init(unsigned char channel)    

{

    ADCCON&=(~((1<<14)|(0xff<<6)|(0x7<<3)|(1<<2)|(1<<1)|(1<<0)));

    ADCCON|=(PRSC_EN<<14)|(PRSCVL<<6)|(channel<<3)|(STDBM<<2)|(READ_START<<1);

}

此时，对PCLK进行50分频，则可以计算出ADC输入时钟=PCLK/50=1MHz。

ADC基础实验

在我的mini2440上有一个可调电位器，如下图所示。电位器的中间抽头部分接在ADC输入通道0上，当电位器滑动头位于最下端时，AIN0引脚电压为0V；当电位器滑动头位于最上端时，AIN0引脚电压为3.3V；当电位器上、下滑动时，AIN0引脚的电压值会在0~3.3V之间变换。因此，本实验使用ADC输入通道0对AIN0引脚电压进行A/D转换。

下图为我的ADC实验的文件布局：

下面贴出我的实验代码

main.c文件

/************************************************

* 调节mini2440上的可调电位器，然后使用ADC输入通道2对

* AIN2引脚电压尽心转换，将取得的数字量输出到串口

*************************************************/

#include"adc.h"

#include"uart.h"

int main()

{

    int value;

    Uart0_Init(115200);

    ADC_Init(0);

     value=ADC_Read();   //将A/D转换值发送到串口，这里我没有使用

     Uart0_Printf("%d",value/1000);      //while()循环是为了看清楚值

     Uart0_Printf("%d",value%1000/100);   //调节电位器后，可以重启

     Uart0_Printf("%d",value%100/10);    //开发板，看到串口输出值

     Uart0_Printf("%d",value%10);     //不一样了

}

uart.h文件

#ifndef __UART_H__

#define __UART_H__

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

*参数说明：baudrate：波特率

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：对UART0进行初始化                         

************************************************/

void Uart0_Init(unsigned int baudrate);

/***********************************************

*函数名称：void putc(unsigned char c)

*参数说明：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：将通过串口接收到的字符发送给PC机并显示在

*          串口调试工具。                

************************************************/

void putc(unsigned char c);

/***********************************************

*函数名称：unsigned char getc(void)

*参数说明：无

*返 回 值：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*全局变量: 无

*功    能：接收并保存通过串口输入的数据                         

************************************************/

unsigned char getc(void);

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Printf(const char *fmt,...)

*参数说明：可变参数

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：将()的内容通过串口发送并在PC机显示                

************************************************/

void Uart0_Printf(const char *fmt,...);

#endif

uart.c文件

#include

#include

#include"uart.h"

#define PCLK   50000000

#define UART_BRD     (int)((PCLK/(baudrate*16))-1)

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

*参数说明：baudrate：波特率

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：对UART0进行初始化                         

************************************************/

void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

{

 GPHCON&=~((3<<4)|(3<<6));  //GPH2--TXD0;GPH3--RXD0

 GPHCON|=((2<<4)|(2<<6));    //设置GPH2、GPH3为TXD0、RXD0功能

 GPHUP=0x00;                 //上拉电阻使能

 ULCON0|=0x03;              //设置数据发送格式：8个数据位，1个停止位，无校验位

 UCON0=0x05;                //发送模式和接收模式都使用查询模式

 UBRDIV0=UART_BRD;         //设置波特率，其中波特率作为一个参数传递到该初始化函数

 URXH0=0;          //将URXH0清零

}

/***********************************************

*函数名称：void putc(unsigned char c)

*参数说明：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：将通过串口接收到的字符发送给PC机并显示在

*          串口调试工具。                

************************************************/

void putc(unsigned char c)

{

 UTXH0=c;

 while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));    //等待发送完成

}

/***********************************************

*函数名称：unsigned char getc(void)

*参数说明：无

*返 回 值：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*全局变量: 无

*功    能：接收并保存通过串口输入的数据                         

************************************************/

unsigned char getc(void)

{

 unsigned char c;

 while(!(UTRSTAT0&(1<<0)));     //查询是否接收到有效数据

 c=URXH0;

 return c;

}

/***********************************************

*函数名称：static void Uart0_SendByte(int data)

*参数说明：data:一个字节的数据

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：向串口发送一个字节的数据。这个函数只在本

*          C文件内使用，不被其他文件所调用，故使用

*     static来修饰。                 

************************************************/

static void Uart0_SendByte(int data)

{

    if(data=='n')      //注意，在超级终端中使用的换行符是'r'，因此当遇到'n'时

    {                      //需要将其转换为'r'

     while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));    //等待发送完成

     UTXH0='r';  

    }

    while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));    //等待发送完成完成后，将新发送

    UTXH0=data;                            //的数据写入发送寄存器

}

/***********************************************

*函数名称：static void Uart0_SendString(char *pt)

*参数说明：pt:指针，指向将要发送的数据所在数组的地址

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：发送字符串                 

************************************************/

static void Uart0_SendString(char *pt)

{

  while(*pt)

  {

       Uart0_SendByte(*pt++); 

  }

}

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Printf(const char *fmt,...)

*参数说明：可变参数

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：将()的内容通过串口发送并在PC机显示                

************************************************/

void Uart0_Printf(const char *fmt,...)

{

 va_list ap;      //定义了一个指向可变参数列表指针

 char string[50];  //存储要发送的内容

 va_start(ap,fmt);   //是参数列表指针ap指向函数参数列表中的第一个可变参数

 vsprintf(string,fmt,ap);

 va_end(ap);         //清空参数列表

 Uart0_SendString(string);   //将该缓冲区中的数据打印到串口中

}

//详细讲解请看博客：http://blog.csdn.net/mybelief321/article/details/8934635

adc.h文件

#ifndef __ADC_H__

#define __ADC_H__

/***********************************************

*函数名称：void ADC_Init(unsigned char channel)

*参数说明：channel：通道

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：ADC初始化，手动启动ADC，ADC输入时钟为1MHz                       

************************************************/

void ADC_Init(unsigned char channel);

/***********************************************

*函数名称：void ADC_Init(unsigned char channel)

*参数说明：channel：通道

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：ADC初始化，手动启动ADC，ADC输入时钟为1MHz                       

************************************************/

int ADC_Read(void);

#endif

adc.c文件

#include

#include"adc.h"

#define PRSC_EN   1 //允许预分频

#define PRSCVL   19 //预分频值

#define STDBM   0  //正常工作模式

#define READ_START  0  //读数时不进行A/D转换

#define Adc_Start()  {ADCCON|=1;}

/***********************************************

*函数名称：void ADC_Init(unsigned char channel)

*参数说明：channel：通道

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功    能：ADC初始化，手动启动ADC，ADC输入时钟为1MHz                       

************************************************/

void ADC_Init(unsigned char channel)    

{

   ADCCON&=(~((1<<14)|(0xff<<6)|(0x7<<3)|(1<<2)|(1<<1)|(1<<0)));

   ADCCON|=(PRSC_EN<<14)|(PRSCVL<<6)|(channel<<3)|(STDBM<<2)|(READ_START<<1);

}

/***********************************************

*函数名称：int ADC_Read(void)