16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAXQ3120的性能特點(diǎn)和應(yīng)用分析

在設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)比較麻煩或者中斷固有的不可預(yù)測(cè)性不好處理的應(yīng)用中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）工作在輪詢模式下要比工作在中斷驅(qū)動(dòng)模式下更適合。本應(yīng)用筆記詳細(xì)論述了MAXQ3120微控制器的16位Σ-Δ ADC工作在輪詢模式下時(shí)需要注意的一些事項(xiàng)。用匯編語(yǔ)言源代碼演示了輪詢模式的實(shí)現(xiàn)方法。

概述

MAXQ3120是第一款集成了雙通道、16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） （圖1）的MAXQ微控制器。該ADC使這款微控制器尤其適用于單相電表，同時(shí)也適用于任何需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)比較麻煩或者中斷固有的不可預(yù)測(cè)性不好處理的應(yīng)用，ADC最好工作在輪詢模式下而不是中斷驅(qū)動(dòng)模式下。

圖1. ADC功能框圖

該應(yīng)用筆記闡述了MAXQ3120的ADC工作在輪詢模式下時(shí)的使用情況，并討論了編程注意事項(xiàng)。給出了ADC的一個(gè)特定代碼實(shí)例。對(duì)MAXQ3120乘法-累加器（MAC）的用法和LCD驅(qū)動(dòng)器性能也進(jìn)行了說(shuō)明。在這個(gè)實(shí)例中，MAC完成ADC輸出的簡(jiǎn)單求和（和隨后的求平均值運(yùn)算），并由LCD顯示平均轉(zhuǎn)換結(jié)果。

本文所給出的代碼實(shí)例是針對(duì)MAXQ3120編寫并經(jīng)過(guò)測(cè)試的，但也可以在包含相似資源的其他相關(guān)MAXQ器件上運(yùn)行。該例程代碼的整個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境采用MAX-IDE 1.0版本和MAXQ3120評(píng)估板硬件版本B。

編程注意事項(xiàng)

當(dāng)MAXQ3120的ADC工作在輪詢模式下時(shí)，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換器的以下幾個(gè)特性：第一，設(shè)計(jì)者必須了解ADC控制寄存器（ADCN）中各個(gè)位的意義和用法。表1列出了該寄存器的各個(gè)位，每一位的功能說(shuō)明如表2所示。當(dāng)一個(gè)ADC輸出值準(zhǔn)備就緒時(shí)，硬件將ASR1或ASR0位置1。此時(shí)軟件可以從ADC的輸出寄存器（AD1或AD0）中讀取一個(gè)帶符號(hào)的16位數(shù)值。如果在讀輸出寄存器之前完成了多次轉(zhuǎn)換，那么新的轉(zhuǎn)換結(jié)果不寫入輸出寄存器。采樣丟失位ASL1或ASL0置位，并舍棄這些轉(zhuǎn)換結(jié)果。在附帶的軟件（參見(jiàn)下面的實(shí)例代碼部分）中，每次讀輸出寄存器之前都要測(cè)試ASR0位的狀態(tài)。在本文這種情況下，輸出是否溢出并不重要。因此忽略了采樣丟失位的狀態(tài)。同時(shí)，增益設(shè)置為1，由內(nèi)部帶隙提供基準(zhǔn)電壓，在該實(shí)例中僅使能了一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（0）。

軟件中另一個(gè)需考慮的問(wèn)題是ADC中各種不同模塊的建立時(shí)間。調(diào)制器、sinc3濾波器和基準(zhǔn)帶隙緩沖器都存在建立時(shí)間。通過(guò)在程序的開(kāi)始階段啟動(dòng)ADC，并允許其連續(xù)運(yùn)行，可以使這些建立時(shí)間只出現(xiàn)一次。軟件實(shí)例中包含一個(gè)大約1s的軟件循環(huán)延時(shí)（基于8MHz時(shí)鐘），可以減慢程序循環(huán)以及隨后的顯示刷新操作。ADC啟動(dòng)之后也加入了這一延時(shí)，從而給各模塊提供了建立時(shí)間。當(dāng)然這一延時(shí)比所需要的建立時(shí)間長(zhǎng)的多（具體規(guī)格參見(jiàn)MAXQ3120數(shù)據(jù)資料），采用這種代碼延時(shí)只是為了實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。

MAXQ3120包含一個(gè)可以在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)16位 x 16位字MAC功能的硬件模塊。該性能可與許多數(shù)字信號(hào)處理器相媲美，使得MAXQ3120能夠快速執(zhí)行數(shù)學(xué)計(jì)算。本應(yīng)用不需要快速數(shù)學(xué)計(jì)算功能，但MAC幫助計(jì)算ADC輸出的平均值，以平滑輸出結(jié)果并使顯示的數(shù)值變化更緩慢一些。為了得到這個(gè)平均值，一個(gè)乘數(shù)取為1，將16個(gè)16位轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送給MAC。這16個(gè)數(shù)據(jù)字的總和存放在累加器中。在完成求和運(yùn)算后，該結(jié)果除以16 （移位和相加）來(lái)計(jì)算平均值。這個(gè)平均值送到LCD上進(jìn)行顯示。有關(guān)MAC性能的詳細(xì)說(shuō)明參見(jiàn)MAXQ微控制器用戶指南。

實(shí)例代碼

和本應(yīng)用筆記配套的軟件包含在ADC_Polled.zip文件中，可以進(jìn)行下載。該文件包括：源代碼文件ADC_Polled.asm，My3120kit_lcd.asm，maxq_math.asm；包含文件maxq3120x.inc；以及MAX-IDE工程文件ADC_Polled.prj。將這些文件解壓到一個(gè)公用目錄下，對(duì)該軟件進(jìn)行匯編并在MAXQ3120評(píng)估板上執(zhí)行。

給MAXQ3120的ADC輸入施加一個(gè)變化的電壓，然后觀察LCD上的顯示結(jié)果，該應(yīng)用非常有用并能提供更多的信息。用一個(gè)定值電阻和一個(gè)電位器可產(chǎn)生范圍合適的可變電壓。該電路的元件連接原理圖見(jiàn)圖2。MAXQ3120評(píng)估板在DB-9串行連接器附近提供了一小塊原型區(qū)域。原型區(qū)域邊沿還具有連接AVCC和AGND走線的過(guò)孔。加入這一簡(jiǎn)單電路后，可在模擬通道0輸入端（AN0+）施加0至0.823V電壓（最大值接近1V）。如原理圖所示，AN0-輸入接AGND，以提供一個(gè)參考電平。

圖2. 產(chǎn)生ADC輸入的分壓器電路原理圖

結(jié)束語(yǔ)

MAXQ3120微控制器包括一個(gè)雙通道、16位Σ-Δ ADC，可用于所有需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中。該應(yīng)用筆記講述了工作在輪詢模式下時(shí)需要考慮的一些ADC特性。實(shí)例代碼演示了如何在輪詢模式下使用ADC。實(shí)例代碼還演示了包括MAC硬件和直接LCD驅(qū)動(dòng)性能在內(nèi)的其他MAXQ3120特性。MAXQ3120評(píng)估板作為該軟件的平臺(tái)。通過(guò)加入由兩個(gè)常見(jiàn)元件組成的電路，用戶可將一個(gè)可變電壓加到ADC輸入端，并觀察評(píng)估板上LCD的顯示結(jié)果。

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