《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ADC單次采樣的實現(xiàn)
摘要: 承上啟下在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,,很重要的一項就是將傳感器的模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,,以便于傳輸和處理。而ADC(Analog-to-DigitalConverter)正是用來完成這種轉(zhuǎn)換的,。上一節(jié),,我們介紹了CC2430與PC之間的串口通信,。CC2430內(nèi)部已嵌入一個溫度傳感器,本節(jié)將在上一節(jié)的基礎(chǔ)上,,實現(xiàn)一個簡單的關(guān)于片內(nèi)溫度監(jiān)測的小實驗:利用ADC將片內(nèi)溫度傳感器的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,,利用公式計算出溫度值,然后通過串口將溫度值傳送到PC上并顯示出來,。
Abstract:
Key words :

  一,、承上啟下

  在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,很重要的一項就是將傳感器的模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,,以便于傳輸和處理,。而ADC(Analog-to-Digital Converter)正是用來完成這種轉(zhuǎn)換的。

  上一節(jié),,我們介紹了CC2430與PC之間的串口通信,。CC2430內(nèi)部已嵌入一個溫度傳感器,本節(jié)將在上一節(jié)的基礎(chǔ)上,,實現(xiàn)一個簡單的關(guān)于片內(nèi)溫度監(jiān)測的小實驗:利用ADC將片內(nèi)溫度傳感器的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,,利用公式計算出溫度值,,然后通過串口將溫度值傳送到PC上并顯示出來。

  二,、ADC單次采樣

 ?。?)實驗簡介

  利用ADC轉(zhuǎn)換CC2430片內(nèi)溫度傳感器的溫度值,通過串口將溫度值發(fā)送到PC并顯示出來,。

 ?。?)程序流程圖

  (3)實驗源碼及剖析

/*

    實驗說明:片內(nèi)溫度采集實驗,通過串口0將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機

*/

#include

#define led1 P1_0

#define led2 P1_1

#define led3 P1_2

#define led4 P1_3

/*32M晶振初始化

-------------------------------------------------------*/

void xtal_init(void)

{

  SLEEP &= ~0x04;             //都上電

  while(!(SLEEP & 0x40));     //晶體振蕩器開啟且穩(wěn)定

  CLKCON &= ~0x47;          //選擇32MHz 晶體振蕩器

  SLEEP |= 0x04;

}

/*LED燈初始化

-------------------------------------------------------*/

void led_init(void)

{

  P1SEL  = 0x00;          //P1為普通 I/O 口

  P1DIR |= 0x0F;          //P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 輸出

 

  led1 = 1;

  led2 = 1;

  led3 = 1;

  led4 = 1;

}

/*UART0初始化

-------------------------------------------------------*/

void  Uart0Init(unsigned char StopBits,unsigned char Parity)

{

   P0SEL |=  0x0C;                  //初始化UART0端口

   PERCFG&= ~0x01;                  //選擇UART0為可選位置一

   U0CSR = 0xC0;                    //設(shè)置為UART模式,而且使能接受器

   U0GCR = 11;

   U0BAUD = 216;                    //設(shè)置UART0波特率為115200bps

   U0UCR |= StopBits|Parity;        //設(shè)置停止位與奇偶校驗

}

/*UART0發(fā)送字符

-------------------------------------------------------*/

void  Uart0Send(unsigned char data)

{

  while(U0CSR&0x01);    //等待UART空閑時發(fā)送數(shù)據(jù)

  U0DBUF = data;

}

/*UART0發(fā)送字符串

-------------------------------------------------------*/

void Uart0SendString(unsigned char *s)

{

  while(*s != 0)

    Uart0Send(*s++);

}

/*UART0接收數(shù)據(jù)

-------------------------------------------------------*/

unsigned char Uart0Receive(void)

{

  unsigned char data;

  while(!(U0CSR&0x04)); //查詢是否收到數(shù)據(jù),,否則繼續(xù)等待

  data=U0DBUF;

  return data;

}

/*延時函數(shù)

-------------------------------------------------------*/

void Delay(unsigned int n)

{

  unsigned int i;

  for(i=0;i

  for(i=0;i

  for(i=0;i

  for(i=0;i

  for(i=0;i

}

/*得到實際溫度值

-------------------------------------------------------*/

float getTemperature(void)

{

  unsigned int  value;

  ADCCON3  = (0x3E);                  //選擇1.25V為參考電壓,;14位分辨率;對片內(nèi)溫度傳感器采樣

  

  ADCCON1 |= 0x30;                    //選擇ADC的啟動模式為手動

  ADCCON1 |= 0x40;                    //啟動AD轉(zhuǎn)化           

  

  while(!(ADCCON1 & 0x80));           //等待ADC轉(zhuǎn)化結(jié)束

  value =  ADCL >> 2;

  value |= (ADCH << 6);               //取得最終轉(zhuǎn)化結(jié)果,,存入value中

 

  return value*0.06229-311.43;        //根據(jù)公式計算出溫度值

}

/*主函數(shù)

-------------------------------------------------------*/

void main(void)

{

  char i;

  float avgTemp;

  unsigned char output[]="";

      

  xtal_init();

  led_init();

 

  led1 = 0;

  Uart0Init(0x00, 0x00);   //初始化串口:無奇偶校驗,,停止位為1位

  Uart0SendString("Hello CC2430 - TempSensor!\r\n");

  while(1)

  {

    led1 = 0;

    avgTemp = 0;

    for(i = 0 ; i < 64 ; i++)

    {

      avgTemp += getTemperature();

      avgTemp = avgTemp/2;             //每采樣1次,取1次平均值

    }

  

    output[0] = (unsigned char)(avgTemp)/10 + 48;          //十位

    output[1] = (unsigned char)(avgTemp)%10 + 48;          //個位

    output[2] = '.';                                       //小數(shù)點

    output[3] = (unsigned char)(avgTemp*10)%10+48;         //十分位

    output[4] = (unsigned char)(avgTemp*100)%10+48;        //百分位

    output[5] = '\0';                                      //字符串結(jié)束符

  

    Uart0SendString(output);

    Uart0SendString("℃\n");

    led1 = 1;                          //LED熄滅,,表示轉(zhuǎn)換結(jié)束,,

  

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

    Delay(20000);

  }

}

  關(guān)于串口通信的代碼內(nèi)容,請參考上一節(jié),,在此不解釋~

  ADC一般涉及到6個SFR:

ADCCON1用于ADC通用控制,,包括轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志、ADC觸發(fā)方式,、隨機數(shù)發(fā)生器ADCCON2用于連續(xù)ADC轉(zhuǎn)換的配置(本實驗不涉及連續(xù)ADC轉(zhuǎn)換,,故不使用此SFR)ADCCON3用于單次ADC轉(zhuǎn)換的配置,包括選擇參考電壓,、分辨率,、轉(zhuǎn)換源ADCH[7:0]ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高位,即ADC[13:6]ADCL[7:2]ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的低位,,即ADC[5:0]ADCCFG選擇 P0.0~P0.7 作為ADC輸入的 AIN0~AIN7(由于本次試驗選擇片內(nèi)溫度傳感器作為轉(zhuǎn)換源,,不涉及AIN0~AIN7,故不使用此SFR) 

 ?。ㄗⅲ阂陨蟂FR的具體內(nèi)容請參考CC2430中文手冊)

  接下來,,我們來重點關(guān)注一下 getTempurature 函數(shù),它是獲取溫度值的關(guān)鍵:

 ?。?)首先配置ADC單次采樣:令 ADCCON3=0x3E,,選擇1.25V為系統(tǒng)電壓,選擇14位分辨率,,選擇CC2430片內(nèi)溫度傳感器作為ADC轉(zhuǎn)換源

 ?。?)然后令 ADCCON1 |= 0x30,,設(shè)置ADC觸發(fā)方式為手動(即當(dāng)ADCCON.6=1時,,啟動ADC轉(zhuǎn)換)

 ?。?)接著令  ADCCON1 |= 0x40,啟動ADC單次轉(zhuǎn)換

 ?。?)使用語句 while(!(ADCCON1 & 0x80))  等待ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)束

 ?。?)轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在ADCH[7:0](高8位),ADCH[7:2](低6位),,通過:

    value =  ADCL >> 2;

    value |= (ADCH << 6);      

  將轉(zhuǎn)換結(jié)果存進(jìn) value 中

 ?。?)最后利用公式 temperature= value*0.06229-311.43 ,計算出溫度值并返回即可

  CC2430 小貼士

  你一定會對最后一個公式感到莫名其妙,,為什么是一次函數(shù),?為什么其斜率為0.06229,其截距為211.43,?OK,,下面解惑之:

  此溫度傳感器是位于CC2430片內(nèi)的,所以必然可以在其手冊中找到其介紹,。果不其然,,我在 電氣規(guī)范 這一節(jié)中找到了相關(guān)內(nèi)容,現(xiàn)截圖如下:

  查看原圖(大圖)

  此表是描述溫度傳感器的溫度(℃)與輸出電壓(V)的關(guān)系,。

  首先看第二個紅框處:溫度系數(shù),。“系數(shù)”?是不是有點感覺,?然后再看其單位:mV/℃,,你就會恍然大悟,原來溫度與電壓的關(guān)系是線性的啊~ 即有:

  其中V為輸出電壓值,,T為溫度值,,2.45為斜率。下面就要確定截距b了,。

  乍一看,,我們會在第一個紅框處發(fā)現(xiàn)0℃時的電壓為743mV,那么b就等于743,?不然,,繼續(xù)往下看,你會發(fā)現(xiàn)其絕對誤差達(dá)到了8℃之多,!然后往右看,,我們會發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)提供了最適合的截距,即:b=763,,因此有如下公式:

  OK,,現(xiàn)在我們已經(jīng)有了溫度傳感器的 輸入溫度T 和 輸出電壓V 的關(guān)系,接下來必須找到ADC的 輸入電壓V 與 輸出值N(即14位的轉(zhuǎn)換結(jié)果)的關(guān)系,,才可最終找到N和T的轉(zhuǎn)換公式,。

  轉(zhuǎn)換結(jié)果N是14位的,,當(dāng)N=11 1111 1111 1111(二進(jìn)制)時,輸出電壓應(yīng)為最大值(即參考電壓1.25V),。因此我們有下面的比例關(guān)系:

 ?。ㄗⅲ河捎?4位的輸出結(jié)果是2進(jìn)制的補碼,因此第14位為符號位,。所以從絕對值的角度來說,,有效值只有13位,因此是2的13次方)   

  結(jié)合兩式,,可導(dǎo)出T與N的關(guān)系:

  OVER~

  最后,,稍微提一下為什么每次采樣需要進(jìn)行64循環(huán)。因為傳感器在測定溫度時,,難免會受到干擾或者隨機性的error,,其得到的數(shù)據(jù)有時候會很夸張(比如說忽然出現(xiàn)10℃的變動,然后又瞬間回復(fù)正常,。但我們知道溫度的變化是一個積分的過程,,很少會出現(xiàn)那種在瞬間產(chǎn)生大幅度跳躍的情況)。因此我們采用了取平均值的方法來減少此類誤差,。

 ?。?)實驗結(jié)果

  首先打開串口調(diào)試工具,然后下載程序并啟動,,就會出現(xiàn)如下畫面:

  片內(nèi)溫度大概在14.5℃左右,。筆者用身體感受寢室的室溫,大概在10℃多一點,。芯片內(nèi)部多少要發(fā)點熱,,所以14℃基本正常啦~

  到此,實驗結(jié)束,?!   ?/p>

  三、結(jié)語

  本篇介紹了ADC單次采樣的實現(xiàn),。下一節(jié),,我們來介紹一種數(shù)據(jù)傳輸模式 DMA(direct memory access),即“直接內(nèi)存存取”,。ADC/UART/RF收發(fā)器等外設(shè)單元和存儲器件之間,,可以直接在“DMA控制器”的控制下交換數(shù)據(jù)而幾乎不需要CPU的干預(yù),因此可大大提高了系統(tǒng)的整體效率,?!?/p>

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