实验六 A/D转换实验

note_DSP

1 实验目的

1、了解DSP实验系统中A/D转换电路的工作原理；
2、熟悉A/D转换模块的配置方式；
3、掌握A/D转换模块的编程和数据处理方法。

2 实验原理

2.1 A/D模块的特点

• TMS320F2812片内有1个带采样保持电路的12位的A/D 转换模块。主要特点如下：
  
  • 带两个采样保持器的12位ADC；
  • 模拟量输入范围0.0V~3.0V；
  • 转换时间在25MHZ的ADC时钟下为80ns；
  • 16通道模拟电压输入；
  • 自动排序功能可以一次触发16路A/D，每次转换的通道可用软件编程选择；
  • 排序器可以工作在2个独立的8通道排序或者16通道级联排序模式；
  • 转换结果存储在与每个通道对应的结果寄存器中，转换结果＝4096×Vin/3；
  • 有多重触发A/D转换方式：软件启动，EVA和EVB；
  • 中断控制方式灵活，可以在每次转换结束或每隔一次转换结束触发中断。

2.2 ADC模块的引脚信号

• ADC模块的引脚由模拟量输入部分、ADC设置部分和ADC电源三部分组成。
  
  1. 模拟量输入部分：
     
     • A通道输入：ADCINA0~ADCINA7
     • B通道输入：ADCINB0~ADCINB7
  2. ADC基准部分：
     
     • ADC电压基准输出（2V）：ADCREFP
     • ADC电压基准输出（1V）：ADCREFM
     • ADC外部电流偏置电阻：ADCRESEXT
     • 供TI测试用引脚（需悬空）：ADCBGREFIN
     • ADC模拟地： AVSSREFBG
     • ADC模拟电源（3.3V）：AVDDREFBG
     • ADC公共地（接模拟地）：ADCLO
  3. ADC电源：
     
     • ADC模拟电源（3.3V）：VDDA1、VDDA2
     • ADC模拟地：VSSA1、VSSA2
     • ADC数字电源（1.8V）：VDD1
     • ADC数字地：VSS1
     • ADC的I/O 电源（3.3V）：VDDAIO
     • ADC的I/O 地：VSSAIO

2.3 ADC转换模块的编程和程序流程

1. 初始化DSP系统；
2. 设置PIE中断矢量表；
3. 初始化ADC模块；
4. 将ADC中断的入口地址装入PIE中断向量表，开中断；
5. 软件启动ADC转换；
6. 等待ADC中断；

7. 在ADC中断中读取ADC转换结果，软件启动下一次ADC中断。

   • 作例程如下：

AdcRegs.ADCTRL1.bit.SUSMOD=0; //模式0，仿真挂起被忽略。
AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=0; //设置脉冲宽度
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0; //内核时钟频率. Fclk = CLK/1.
AdcRegs.ADCTRL1.bit.CONT_RUN=0; //开始－停止模式，产生EOS 信号后，排序器停止，除非排序器复位，否则排序器从停止后的状态开始。
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC=0; //双排序器模式，SEQ1 和SEQ2 作为两个独立的排序器工作。
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCBGRFDN=3; //带隙和参考电路上电
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN=1; //除带隙和参考电路外其他模拟电路上电
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS=10; //内核时钟分频器，ADCCLK=75/20
AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL=0; //选择顺序采样模式.
AdcRegs.MAX_CONV.bit.MAX_CONV=1; //选择转换通道ADCINA6 & ADCINA7
AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV00=6; //ADCINA6—等于对功放板电源电压24V衰减至约十分之一，即2.4V.
AdcRegs.CHSELSEQ1.bit.CONV01=7; //ADCINA7—参考输入，电压幅值可调.
AdcRegs.ADC_ST_FLAG.bit.INT_SEQ1_CLR=1; //清除中断标志位
AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1=0; //复位排序器到0 状态
AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1=1; //使能SEQ1 中断 (every EOS)
AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_MOD_SEQ1=0; //每个序列转换结束，INT SEQ1置位
AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SEQ1=0; //禁止 EVA SOC 启动SEQ1
AdcRegs.ADCTRL2.bit.EXT_SOC_SEQ1=0; //外部信号无操作

3实验内容

3.1 实验准备及观察结果

• 连接实验设备，将波形发生源连入A/D输入端，在Emulator方式下打开ADC.pjt，编译，下载程序，打开观察窗口，运行观察到如下结果：
  
• 停止运行，调整信号发生源的赋值和频率后再次运行，可以看到观察窗口内波形发生变化。

4 思考题

思考题1：如果F2812 的片内ADC 无法满足要求，如何扩展ADC 芯片。提示：可以通过SPI接口或外部扩展接口（XINTF）扩展串行或并口接口的ADC芯片。

• 通过SPI接口扩展D/A转换器MAX5253，设计接口电路如下：
  
• 并有软件配置如下步骤：
  
  • 配置SPI模块
    
    1. 清零SPI SW RESET位（SPICCR.7），软件复位SPI；
    2. 设置SPI寄存器，如数据格式、波特率、工作与时钟模式、引脚功能;
    3. 置位SPI SW RESET位，使SPI退出复位状态，进入工作状态；
    4. 写数据到SPIDAT或SPITXBUF，（主模式下就启动通信过程）；
    5. 数据传输结束后（SPISTS.6＝1），读取SPIRXBUF中的数据。

思考题2：试针对某一数字信号处理或数字控制系统，简述A/D 转换器的功能？

• 最基本的数字控制系统流程大致如下：
  
• 可以看到A/D模块的作用是将模拟信号转换成数字信号，在开环控制中，由于可控器件的发展，直接由PWM数字输出控制量，省略A/D和D/A模块并不是不可能，但特别是涉及到反馈的闭环控制，一定会有观测输出，这个时候一定要有A/D模块负责把需要观测的模拟信号采集为数字信号，才能送入计算机数字控制系统中进行运算。