一、承上啟下
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，很重要的一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)一個簡單的關(guān)于片內(nèi)溫度監(jiān)測的小實(shí)驗(yàn)：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(jì)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(shí)驗(yàn)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
?。?）實(shí)驗(yàn)源碼及剖析
/*
實(shí)驗(yàn)說明：片內(nèi)溫度采集實(shí)驗(yàn),通過串口0將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)
*/
#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(yàn)
}
/*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(shí)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(jì)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(yàn)，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(diǎn)
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(jī)數(shù)發(fā)生器ADCCON2用于連續(xù)ADC轉(zhuǎn)換的配置（本實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)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(jì)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(diǎn)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：
（注：由于14位的輸出結(jié)果是2進(jìn)制的補(bǔ)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?yàn)閭鞲衅髟跍y定溫度時，難免會受到干擾或者隨機(jī)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)。芯片內(nèi)部多少要發(fā)點(diǎn)熱，所以14℃基本正常啦~
到此，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
三、結(jié)語
本篇介紹了ADC單次采樣的實(shí)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>