基于FwLib_STC8的模數轉換ADC介紹和演示用例說明

ID:912806 · 發表于 2022-1-10 01:04

本帖最后由 michaelchain 于 2022-1-10 01:10 編輯

STC8G和STC8H的ADC部分在寄存器設置上基本上一致, 但是不同型號對應的通道編號, 通道數量和精度有區別

通道數量和精度

對應STC8G/STC8H的各個系列的通道數量和精度如下.

[td]

產品線	ADC 分辨率	ADC 通道數
STC8H1K08 系列	10 位	9 通道
STC8H1K28 系列	10 位	12 通道
STC8H3K64S4 系列	12 位	12 通道
STC8H3K64S2 系列	12 位	12 通道
STC8H8K64U 系列	12 位	15 通道
STC8H2K64T 系列	12 位	15 通道
STC8H4K64TLR 系列	12 位	15 通道
STC8H4K64TLCD 系列	12 位	15 通道
STC8H4K64LCD 系列	12 位	15 通道

通道的選擇使用寄存器ADC_CONTR的低4位, 對應STC8G/STC8H的各個系列, 這個寄存器的數值對應的通道如下

[td]

	STC8H1K28	STC8H1K08	STC8H3K64S4 STC8H3K64S2	STC8H8K64U STC8H2K64T STC8H4K64TLR	STC8H4K64TLCD STC8H4K64LCD	STC8G1K08A	STC8G1K08 STC8G1K08T	STC8G2K64S4 STC8G2K64S2
0000	P1.0/ADC0	P1.0/ADC0	P1.0/ADC0	P1.0/ADC0	P1.0/ADC0	P3.0/ADC0	P1.0/ADC0	P1.0/ADC0
0001	P1.1/ADC1	P1.1/ADC1	P1.1/ADC1	P1.1/ADC1	P1.1/ADC1	P3.1/ADC1	P1.1/ADC1	P1.1/ADC1
0010	P1.2/ADC2	N/A	P1.2/ADC2	P5.4/ADC2	P5.4/ADC2	P3.2/ADC2	P1.2/ADC2	P1.2/ADC2
0011	P1.3/ADC3	N/A	N/A	P1.3/ADC3	P1.3/ADC3	P3.3/ADC3	P1.3/ADC3	P1.3/ADC3
0100	P1.4/ADC4	N/A	N/A	P1.4/ADC4	P1.4/ADC4	P5.4/ADC4	P1.4/ADC4	P1.4/ADC4
0101	P1.5/ADC5	N/A	N/A	P1.5/ADC5	P1.5/ADC5	P5.5/ADC5	P1.5/ADC5	P1.5/ADC5
0110	P1.6/ADC6	N/A	P1.6/ADC6	P1.6/ADC6	P6.2/ADC6	N/A	P1.6/ADC6	P1.6/ADC6
0111	P1.7/ADC7	N/A	P1.7/ADC7	P1.7/ADC7	P6.3/ADC7	N/A	P1.7/ADC7	P1.7/ADC7
1000	P0.0/ADC8	P3.0/ADC8	P0.0/ADC8	P0.0/ADC8	P0.0/ADC8	N/A	P3.0/ADC8	P0.0/ADC8
1001	P0.1/ADC9	P3.1/ADC9	P0.1/ADC9	P0.1/ADC9	P0.1/ADC9	N/A	P3.1/ADC9	P0.1/ADC9
1010	P0.2/ADC10	P3.2/ADC10	P0.2/ADC10	P0.2/ADC10	P0.2/ADC10	N/A	P3.2/ADC10	P0.2/ADC10
1011	P0.3/ADC11	P3.3/ADC11	P0.3/ADC11	P0.3/ADC11	P0.3/ADC11	N/A	P3.3/ADC11	P0.3/ADC11
1100	N/A	P3.4/ADC12	P0.4/ADC12	P0.4/ADC12	P0.4/ADC12	N/A	P3.4/ADC12	P0.4/ADC12
1101	N/A	P3.5/ADC13	P0.5/ADC13	P0.5/ADC13	P0.5/ADC13	N/A	P3.5/ADC13	P0.5/ADC13
1110	N/A	P3.6/ADC14	P0.6/ADC14	P0.6/ADC14	P0.6/ADC14	N/A	P3.6/ADC14	P0.6/ADC14
1111	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref	1.19Vref

轉換結果的對齊格式

ADC采樣的精度實際上是不能設置的, 采樣都是用的當前型號的最大精度, 結果存儲在[ADC_RES, ADC_RESL]這兩個寄存器. 為方便不同場合使用不同精度的結果, 可以將結果設置為左對齊或右對齊.

當設置為左對齊時, 可以只取ADC_RES的值(8位), 忽略最后兩位.
當設置位右對齊時, 根據實際的精度, 可以取ADC_RES的低4位(12位精度)或低2位(10位精度), 加上ADC_RESL得到最終結果.

轉換的時間消耗

一個完整的 ADC 轉換時間為 = Tsetup + Tduty + Thold + Tconvert

Tsetup: 轉換的通道切換時間, 可以設置為1個或2個ADC時鐘周期
Tduty: 轉換的采樣時間, 默認是最低的11個ADC時鐘, 最高為32個ADC時鐘周期
Thold: 通道選擇的保持時間, 可以選擇1, 2, 3, 4個ADC時鐘周期
Tconvert: 轉換時間是固定的, 10bit精度是10個ADC時鐘, 12bit精度是12個ADC時鐘

以上的時間單位都是ADC時鐘周期, 每個ADC時鐘周期占用系統時鐘(SYSCLK)的數量是可以設置的, 使用ADCCFG寄存器的低三位, 可以設置為最低2個系統時鐘周期到最高32個系統時鐘周期

對于轉換的最高頻率, DS上寫了全局限制

10 位 ADC 的速度不能高于 500KHz
12 位 ADC 的速度不能高于 800KHz
轉換的采樣時間不能小于 10，建議設置為 15

硬件連線

STC8G/STC8H的ADC硬件連線有兩種: 帶AVcc,AGrnd和不帶AVcc,AGrnd

帶 AVcc,AGrnd

高端型號STC8H3K64S2系列, 例如會帶這兩個pin腳, 分別對應的是轉換目標的電壓參考值和對地參考值. 對于普通使用, 這兩個可以直接接到VCC和GND, 連線為

AGrnd -> GND
AVcc -> VCC
AVref -> VCC
Vcc -> VCC
Gnd -> GND
ADC1 -> 采樣點

復制代碼

不帶 AVcc,AGrnd

低端型號以及STC8G系列不帶這兩個pin, 只需要接AVref, 采樣點與MCU共地連接, 連線為

AVref -> VCC
Vcc -> VCC
Gnd -> GND
ADC1 -> Test voltage

復制代碼

演示用例說明

以下演示用例, 基于 FwLib_STC8, 源代碼位于 FwLib_STC8/demo/adc 目錄, 可以自行下載或查看. 因為版本演變, 代碼可能與倉庫中的代碼有出入, 以倉庫中的最新版本為準.

關于如何運行演示用例, 可以參考前面介紹的Keil C51和VSCode PlatformIO的配置說明

使用ADC1進行8位ADC轉換, 主動查詢(polling)方式

下面的例子, 使用主動查詢的方式每隔0.1秒對P1.1口進行ADC轉換, 精度8位, 將結果輸出至串口

main.c代碼

#include "fw_hal.h"
void main(void)
{
uint8_t res;
// 調整系統頻率, 如果使用STC-ISP設定頻率, 需要將這行注釋掉
SYS_SetClock();
// 用于結果輸出
UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);
// 將 ADC1(GPIO P1.1) 設為高阻輸入
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);
// 使用通道: ADC1
ADC_SetChannel(0x01);
// 設置ADC時鐘 = SYSCLK / 2 / (1+1) = SYSCLK / 4
ADC_SetClockPrescaler(0x01);
// 設置結果左對齊, 只需要取值 ADC_RES
ADC_SetResultAlignmentLeft();
// 開啟ADC電源
ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);
while(1)
{
// 開始轉換
ADC_Start();
// 等待兩個系統時鐘
NOP();
NOP();
// 檢查轉換結果標志位是否置位
while (!ADC_SamplingFinished());
// 清除結果標志位
ADC_ClearInterrupt();
// 讀取結果
res = ADC_RES;
// 通過串口1輸出
UART1_TxString("Result: ");
UART1_TxHex(res);
UART1_TxString("\r\n");
// 等待100ms后再次進行轉換
SYS_Delay(100);
}
}

復制代碼

使用ADC1進行10位/12位ADC轉換, 中斷(interrupt)方式

下面的例子, 使用中斷的方式對P1.1口進行ADC連續轉換, 精度10位(或12位, MCU型號不同精度不同), 每隔0.1秒將結果輸出至串口

#include "fw_hal.h"
// 16位變量用于記錄轉換結果
uint16_t res;
// 處理中斷的方法, 使用宏定義保證Keil C51和SDCC的兼容性
INTERRUPT(ADC_Routine, EXTI_VectADC)
{
// 先清除中斷位
ADC_ClearInterrupt();
// 結果低8位
res = ADC_RESL;
// 結果高8位
res |= (ADC_RES & 0x0F) << 8;
// 再次啟動, 使得ADC連續轉換,
ADC_Start();
}
void main(void)
{
// 設置系統頻率
SYS_SetClock();
// 結果輸出
UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);
// 設置P11高阻輸入模式
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);
// 使用通道: ADC1
ADC_SetChannel(0x01);
// ADC時鐘 = SYSCLK / 2 / (1+15) = SYSCLK / 32
ADC_SetClockPrescaler(0x0F);
// 右對齊, 方便轉換為雙字節的結果
ADC_SetResultAlignmentRight();
// 開啟全局中斷和ADC中斷
EXTI_Global_SetIntState(HAL_State_ON);
EXTI_ADC_SetIntState(HAL_State_ON);
// 開啟ADC電源
ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);
// 開始ADC轉換
ADC_Start();
while(1)
{
// 轉換結果輸出
UART1_TxString("Result: ");
UART1_TxHex(res >> 8);
UART1_TxHex(res & 0xFF);
UART1_TxString("\r\n");
SYS_Delay(100);
}
}

復制代碼

使用ADC1, ADC2雙通道進行轉換, 中斷(interrupt)方式

下面介紹一個更實用的例子, 中斷形式進行多通道ADC轉換, 可以用于無線小車遙控, 雙聲道音頻采樣等

#include "fw_hal.h"
// 用于記錄當前采樣的通道編號
uint8_t pos;
// 記錄各通道的采樣結果
uint16_t res[2];
// 中斷處理方法
INTERRUPT(ADC_Routine, EXTI_VectADC)
{
ADC_ClearInterrupt();
// 記錄采樣結果
res[pos] = ADC_RESL;
res[pos] |= (ADC_RES & 0x0F) << 8;
// 切換到下一個通道
pos = (pos+1) & 0x1;
if (pos == 0)
{
/**
* 在采樣頻率較高時, 加上這兩句能提高精度. 其機制是切換到開漏模式清除采樣口上的殘留電壓
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_InOut_OD);
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);
*/
ADC_SetChannel(0x01);
}
else
{
/**
* Uncomment these lines in high speed ADC
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_InOut_OD);
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_Input_HIP);
*/
ADC_SetChannel(0x02);
}
ADC_Start();
}
// 下面的代碼和前面的基本上是一樣的, 就不詳細注釋了
void main(void)
{
SYS_SetClock();
// For debug print
UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);
// Channel: ADC1
ADC_SetChannel(0x01);
// ADC Clock = SYSCLK / 2 / (1+15) = SYSCLK / 32
ADC_SetClockPrescaler(0x0F);
// Right alignment, high 2-bit in ADC_RES, low 8-bit in ADC_RESL
ADC_SetResultAlignmentRight();
// Enable interrupts
EXTI_Global_SetIntState(HAL_State_ON);
EXTI_ADC_SetIntState(HAL_State_ON);
// Turn on ADC power
ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);
// Set ADC1(P1.1), ADC2(P1.2) HIP
GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_Input_HIP);
// Start ADC
ADC_Start();
while(1)
{
UART1_TxString("Result: ");
UART1_TxHex(res[0] >> 8);
UART1_TxHex(res[0] & 0xFF);
UART1_TxChar(' ');
UART1_TxHex(res[1] >> 8);
UART1_TxHex(res[1] & 0xFF);
UART1_TxString("\r\n");
SYS_Delay(100);
}
}

復制代碼

結束

以上就是STC8H使用FwLib_STC8封裝庫進行ADC轉換的演示用例說明. 在實際使用中, 主動查詢(polling)方式下的延時時間精度不高,
如果對采樣的時間間隔精度有要求, 建議使用中斷的形式.

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基于FwLib_STC8的模數轉換ADC介紹和演示用例說明

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