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ADC單次采樣的實現

摘要： 承上啟下在無線傳感器網絡中，很重要的一項就是將傳感器的模擬值轉換成數字量，以便于傳輸和處理。而ADC（Analog-to-DigitalConverter）正是用來完成這種轉換的。上一節，我們介紹了CC2430與PC之間的串口通信。CC2430內部已嵌入一個溫度傳感器，本節將在上一節的基礎上，實現一個簡單的關于片內溫度監測的小實驗：利用ADC將片內溫度傳感器的電壓值轉換成數字量，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。

關鍵詞： 數據轉換觸發方式串口通信晶體振蕩器奇偶校驗

Abstract：

Key words :

　　一、承上啟下

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

　　上一節，我們介紹了CC2430與PC之間的串口通信。CC2430內部已嵌入一個溫度傳感器，本節將在上一節的基礎上，實現一個簡單的關于片內溫度監測的小實驗：利用ADC將片內溫度傳感器的電壓值轉換成數字量，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轉換CC2430片內溫度傳感器的溫度值，通過串口將溫度值發送到PC并顯示出來。

　?。?）程序流程圖

　　（3）實驗源碼及剖析

　　　實驗說明：片內溫度采集實驗,通過串口0將數據發送到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;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //設置為UART模式,而且使能接受器

　　 U0GCR = 11;

　　 U0BAUD = 216;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //設置UART0波特率為115200bps

　　 U0UCR |= StopBits|Parity;　　　　　　　 //設置停止位與奇偶校驗

}

/*UART0發送字符

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

void　 Uart0Send(unsigned char data)

{

　 while(U0CSR&0x01);　　　 //等待UART空閑時發送數據

　 U0DBUF = data;

}

/*UART0發送字符串

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

void Uart0SendString(unsigned char *s)

{

　 while(*s != 0)

　　　 Uart0Send(*s++);

}

/*UART0接收數據

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

unsigned char Uart0Receive(void)

{

　 unsigned char data;

　 while(!(U0CSR&0x04)); //查詢是否收到數據，否則繼續等待

　 data=U0DBUF;

　 return data;

}

/*延時函數

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

void Delay(unsigned int n)

{

　 unsigned int 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轉化　　　　　　　　　　　

　 while(!(ADCCON1 & 0x80));　　　　　　　　　　 //等待ADC轉化結束

　 value =　 ADCL >> 2;

　 value |= (ADCH << 6);　　　　　　　　　　　　　　 //取得最終轉化結果，存入value中

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

}

/*主函數

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

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';　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //字符串結束符

　　　 Uart0SendString(output);

　　　 Uart0SendString("℃\n");

　　　 led1 = 1;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 //LED熄滅，表示轉換結束，

　　　 Delay(20000);

　 }

　　關于串口通信的代碼內容，請參考上一節，在此不解釋~

　　ADC一般涉及到6個SFR：

ADCCON1用于ADC通用控制，包括轉換結束標志、ADC觸發方式、隨機數發生器ADCCON2用于連續ADC轉換的配置（本實驗不涉及連續ADC轉換，故不使用此SFR）ADCCON3用于單次ADC轉換的配置，包括選擇參考電壓、分辨率、轉換源ADCH[7:0]ADC轉換結果的高位，即ADC[13:6]ADCL[7:2]ADC轉換結果的低位，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溫度傳感器作為轉換源，不涉及AIN0~AIN7，故不使用此SFR）　

　?。ㄗⅲ阂陨蟂FR的具體內容請參考CC2430中文手冊）

　　接下來，我們來重點關注一下 getTempurature 函數，它是獲取溫度值的關鍵：

　　（1）首先配置ADC單次采樣：令 ADCCON3=0x3E，選擇1.25V為系統電壓，選擇14位分辨率，選擇CC2430片內溫度傳感器作為ADC轉換源

　?。?）然后令 ADCCON1 |= 0x30，設置ADC觸發方式為手動（即當ADCCON.6=1時，啟動ADC轉換）

　?。?）接著令　 ADCCON1 |= 0x40，啟動ADC單次轉換

　?。?）使用語句 while(!(ADCCON1 & 0x80)) 　等待ADC轉換的結束

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

　　　　value =　 ADCL >> 2;

　　　value |= (ADCH << 6);　　　　　

　　將轉換結果存進 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？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，我在電氣規范這一節中找到了相關內容，現截圖如下：

　　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）的關系。

　　首先看第二個紅框處：溫度系數。“系數”？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現0℃時的電壓為743mV，那么b就等于743？不然，繼續往下看，你會發現其絕對誤差達到了8℃之多！然后往右看，我們會發現它已經提供了最適合的截距，即：b=763，因此有如下公式：

　　OK，現在我們已經有了溫度傳感器的輸入溫度T 和輸出電壓V 的關系，接下來必須找到ADC的輸入電壓V 與輸出值N（即14位的轉換結果）的關系，才可最終找到N和T的轉換公式。

　　轉換結果N是14位的，當N=11 1111 1111 1111（二進制）時，輸出電壓應為最大值（即參考電壓1.25V）。因此我們有下面的比例關系：

　?。ㄗⅲ河捎?4位的輸出結果是2進制的補碼，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）　　　

　　結合兩式，可導出T與N的關系：

　　OVER~

　　最后，稍微提一下為什么每次采樣需要進行64循環。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，其得到的數據有時候會很夸張（比如說忽然出現10℃的變動，然后又瞬間回復正常。但我們知道溫度的變化是一個積分的過程，很少會出現那種在瞬間產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。

　?。?）實驗結果

　　首先打開串口調試工具，然后下載程序并啟動，就會出現如下畫面：

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

　　到此，實驗結束?！　　　?/p>

　　三、結語

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

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