TMS320F28027中兩種A／D采樣方式的實現(xiàn)

 摘要：以TMS320F28027為代表的TI C28x Piccolo系列微處理器采用了以SOC為基礎的ADC，其配置方式不同于TI其他系列MCU基于Sequencer的ADC。在TMS320F28027的基礎上，詳細介紹了其ADC的工作原理，以及順序采樣和同步采樣兩種采砰方式的配置方法。

關鍵詞：TI C28x Piccolo系列微處理器：基于SOC的ADC;順序采樣;同步采樣

引言

TI C28x Piccolo系列微處理器，因其低功耗、高性能的特點，被廣泛應用在太陽能逆變器、白色家電設備、混合動力汽車電池、電力線通信和LED照明等控制領域。A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，是控制應用中必不可少的環(huán)節(jié)之一。A/D轉(zhuǎn)換的精度和速度直接關系到控制系統(tǒng)的準確性和快速性。

相比于TI其他類型微處理器，TI C28x Piccolo系列內(nèi)部集成了新一代的基于SOC的ADC。此ADC的內(nèi)核包含一個12位轉(zhuǎn)換器，此轉(zhuǎn)換器由兩個采樣保持電路供源。這兩個采樣保持電路可同時或者順序采樣。對于用戶來講，可以很容易地從一個單觸發(fā)來創(chuàng)建一系列的轉(zhuǎn)換。但此ADC在寄存器沒置和配置方式上與基于Sequencer的ADC有很大的不同，主要體現(xiàn)在控制寄存器ADCCTRL的數(shù)量和功能位設置、中斷和丁作方式的配置方式等方面，更新后的寄存器設置可以參見TI的相關文獻。

1 ADC的工作原理和初始化

1.1 工作原理

對基于SOC的ADC，其核心在于對16個SOC(Start Of Conversion)的配置，單個SOC對應單個A/D轉(zhuǎn)換過程，SOC的配置數(shù)量取決于應用中需要A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)目。每個SOC中都有三種配置項：啟動轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源、采樣通道以及采樣窗口時間。

其中，觸發(fā)源可選擇軟件、PWM、GPIO，以及CPU定時器等多種觸發(fā)方式，采樣通道可根據(jù)采樣方式的不同選擇ADCINA1～8、ADCINB1～8共16個或8對采樣通道，采樣窗口時間也可根據(jù)需要設置。

對于單個轉(zhuǎn)換，ADC的工作過程為：在收到相應的觸發(fā)信號后，即開始按設置的采樣窗口時間對指定通道進行采樣，隨后，采樣值與參考電壓進行比較，得到轉(zhuǎn)換值。同時，在轉(zhuǎn)換開始時或轉(zhuǎn)換完成時觸發(fā)與SOC編號對應的EOC(End Of Conversion)脈沖，標志轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲在與SOC編號對應的ADCRESULT寄存器中。

1.2 轉(zhuǎn)換結(jié)果的計算

若在初始化中選擇內(nèi)部參考，ADC將會選擇其內(nèi)部的帶隙電路產(chǎn)生參考電壓。此時ADC的轉(zhuǎn)換范圍為0～3.3 V，轉(zhuǎn)換結(jié)果的計算公式如下：

若選擇外部電壓參考，則需要從VREFHI/VREFLO引腳引入?yún)⒖茧妷海藭rADC的轉(zhuǎn)換范同為0～VREFHI，轉(zhuǎn)換上限為參考電壓值，轉(zhuǎn)換結(jié)果的計算公式如下：

1.3 初始化和中斷設置

使用ADC時，應進行4步初始化操作：設置ADC校準;內(nèi)部各電路上電;選擇內(nèi)部或外部采樣參考;打開ADC。一般情況下ADC校準可使用廠家設定值，調(diào)用函數(shù)Device cal()即可。

若選擇默認校準值和內(nèi)部參考電壓，ADC的初始化程序如下：

以上設置在TI C2000系列v129版本的頭文件DSP2802x_Adc.c中被編譯成了函數(shù)InitAdc()，可在程序中直接調(diào)用。

ADC的每次轉(zhuǎn)換完成后都可觸發(fā)中斷，若需要使用ADC中斷，則可進行如下步驟的設置：設置中斷觸發(fā)時刻，可選擇開始轉(zhuǎn)換時觸發(fā)或轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生時觸發(fā);選擇中斷編號;設置中斷產(chǎn)生與中斷標志的關系，可選擇在中斷產(chǎn)生與中斷標志狀態(tài)無關或在存在中斷標志時不產(chǎn)生中斷;選擇觸發(fā)中斷的EOC信號。

若需要在SOC2的轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后觸發(fā)ADCINT1中斷，且在存在中斷標志時不再產(chǎn)生中斷，配置程序如下：

在完成對ADC的初始化設置后，即可根據(jù)應用需要配置采樣方式和單次轉(zhuǎn)換。

2 順序采樣方式的實現(xiàn)

2.1 順序采樣方式

順序采樣是最常用的采樣方式，即單次轉(zhuǎn)換按照觸發(fā)-采樣-轉(zhuǎn)換的順序進行。順序采樣只要按需求配置SOC即可。

ADC中共有16個SOCCx，x表示編號為0～15。每個SOC可沒置由不同或相同的觸發(fā)源觸發(fā)，對任意采樣通道進行可調(diào)時間的采樣和轉(zhuǎn)換。用戶在設置好3個配置項后，ADC按照SOC0～SOC15的默認優(yōu)先級進行轉(zhuǎn)換。SOC的優(yōu)先級也可通過優(yōu)先級控制寄存器SOCPRICTL進行設置。

順序采樣方式的時序可以參見TI的相關文獻。

在實際應用中，通?？稍O置多個SOC對同一通道進行采樣，并對采樣結(jié)果取平均值，即可有效地消除模擬信號中高頻噪聲的影響，提高A/D轉(zhuǎn)換的精度。

若要在收到定時器Timer0的觸發(fā)信號后按照通道ADCINA4、ADCINA2、ADCINA6的順序進行轉(zhuǎn)換，SOC的配置程序如下：

ADCINA4通道的采樣結(jié)果存儲在ADCRESULT0中，ADCINA2通道采樣結(jié)果存儲在ADCRESULT1中，ADCINA6的采樣結(jié)果存儲在ADCRESULT2中。

此外，需要指出的是，此類ADC的采樣通道在空閑時也可以作為普通I/O端口使用，這也是與其他系列不同的地方。

2.2 采樣和轉(zhuǎn)換時間的計算

通過ADCSOCxCTL寄存器的ACQPS位，可設置采樣窗口大小，即采樣時間。采樣時間設置的基本單位為一個時鐘周期，ACQPS可設置為6～63的任意數(shù)值，采樣時間可通過如下公式計算：

采樣時間=(ACQPS+1)×時鐘周期

轉(zhuǎn)換時間=13×時鐘周期

A/D轉(zhuǎn)換過程的總時間=(ACQPS+14)×時鐘周期

3 同步采樣方式的實現(xiàn)

在某些應用中，為保證兩個信號的采樣間隔最小，常采用同步采樣的方式。Piccolo系列MCU的ADC內(nèi)部具有雙采樣保持電路，這使對雙通道的同步采樣成為可能。

在同步采樣模式中，偶數(shù)編號的SOCx與其下一位奇數(shù)編號的SOCx組成一個采樣對，例如SOC0和SOC1、SOC2和SOC3。8位寄存器ADCSAMPLEM ODE的一位SIMULENx控制一個采樣對的使能，其編號與采樣對的偶數(shù)編號相對應，例如SIMULEN0對應SOC0和SOC1采樣對。

同步采樣模式有以下規(guī)則：

①采樣對中任意一個SOCx的觸發(fā)都有效;

②只有編號相同的A/B通道才能實現(xiàn)一對同步采樣;

③A/B通道的信號會被同時采樣，但A通道會優(yōu)先轉(zhuǎn)換;

④A通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后可觸發(fā)偶數(shù)編號的EOx，B通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后可觸發(fā)奇數(shù)編號的EOCx;

⑤A通道轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果會被儲存在偶數(shù)編號的ADCRESULTx中，B通道轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果會被存儲在奇數(shù)編號的ADCRESULTx中;

⑥在進行多對同步采樣時，同樣遵守SOCx的優(yōu)先級設置。

對于PWM1.ADCSOCA觸發(fā)的同步采樣，具體的配置方式如下：

其工作過程為：在PWM1送出ADCSOCA觸發(fā)信號后，ADCINA2通道和ADCINB2通道會同時開始采樣，采樣完成后，A通道會優(yōu)先轉(zhuǎn)換，結(jié)果存儲在ADCRESULT0寄存器中。同時，按寄存器ADCCTL1中INTPULSEPOS位的配置，EOC0脈沖會在轉(zhuǎn)換開始或轉(zhuǎn)換完成時觸發(fā)。隨后B通道開始轉(zhuǎn)換，結(jié)果存儲在ADCRESULT1寄存器中，并按相同規(guī)律觸發(fā)EOC1脈沖。

結(jié)語

Piccolo系列微處理器內(nèi)置ADC具有采樣時間可調(diào)、轉(zhuǎn)換快速、準確度高和配置簡單的特點。本文詳細介紹了其初始化、中斷、觸發(fā)源和通道選擇的配置過程，以及采樣值、采樣時間等參數(shù)的計算方法，并給出了實現(xiàn)順序采樣方式和同步采樣方式的例程。通過實驗驗證，例程均可實現(xiàn)其功能，為該系列處理器的實際應用奠定了良好基礎。