類比數位轉換器

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類比數位轉換器 ADC

1. ADC 的控制

SPCE061A 有 8 個 10 位 ADC 通道，其中一個通道(MIC_In)用於語音輸入，

類比訊號經過自動增益控制器和放大器放大後進行 A/D 轉換。其餘 7 個通道 (Line_In 1-7)和 IOA[0~6]接腳共用，可以將輸入的類比電壓訊號轉換為數位訊號。

SPCE061A 的 A/D 轉換範圍是整個輸入範圍，即 0V～AVdd 。無效的 A/D 類比信號 (超過 VDD+0.3V 或是低於 VSS–0.3V)將影響轉換電路的工作範圍，從而降低 ADC 的性能，電路製作時須加以避免。由於 Line_In 通道 [1~7]和 IOA[0~6]

接腳共用，建議使用者選擇其他的 IO 接腳（非 IOA[0~6]）當做 GPIO 使用，以避免由於無效的 IO 訊號造成電壓不穩 (超過 VDDIO+0.7V 或低於 VSSIO–0.7V) 而降低 ADC 的性能。

圖 2.1、 ADC 輸入介面的結構

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圖 2.2、 ADC 電路示意圖

2.

系統時脈頻率與 ADC 轉換速率

3. ADC 直流電氣特性

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註：

[1] LSB 表示為最小有效單位，在 VRT=3V 的情況下，1LSB 為 2.93 mv。

[2] 此由最大取樣率(Sample rate max) 得來，即 Sample rate max =ADC 最高轉換時脈/16=1536KHz/16=96KHz。

4. ADC 和 DAC 相關暫存器

 ADC 的控制埠

在 ADC 內，由數位至類比轉換器 DAC0 和逐次逼近暫存器 SAR 組成逐次逼近式類比至數位轉換器，向 P_ADC_Ctrl(寫)($7015H)單元第 0 位元(ADE) 寫入“1”用以啟動 ADC。系統內定設置為 ADE=0，即遮罩 ADC。

ADC 採用自動方式工作。硬體 ADC 的最高速率限定為(Fosc/32/12)Hz，如果速率超過此值，當從 P_ADC(讀)($7014H)單元讀出資料時會發生錯誤。

 P_ADC_Ctrl 暫存器

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註：

[1] 此為 DAC_I 的內定選擇。

[2] b15 只用於 MIC_IN 通道輸入。

[3] 當類比信號通過麥克風的 MIC_IN 通道輸入時，可選擇 AGCE 為‘1’，

即運算放大器的增益可在其線性區域內自動調整。AGCE 內定選擇為‘0’，即取消自動增益控制功能。

[4] 寫入時需注意 b5 = 1, b4=1, b3 =1 和 b1=0。

在 ADC 被啟用後，會產生出一個啟動信號，即 RDY=0。此時，DAC0 的電壓模擬量輸出值與外部的電壓類比量輸入值進行比較，以儘快找出外部電壓類比量的數位量輸出值。逐次逼近式控制首先將 SAR 中資料的最高有效位元試設為‘1’，而其他位則全設為‘0’，即 100000 0000B。這時，DAC0 輸出電壓 VDAC0(1/2 滿電壓)就會與輸入電壓 Vin 進行比較。如果 Vin>VDAC0，則保持原先設置為‘1’的位(最高有效位)仍為‘1’；否則，該位會被清‘0’。接著，

逐次逼近式控制又將下一位試設為‘1’，其餘低位依舊設為‘0’，即 110000 0000B，VDAC0 與 Vin 進行比較的結果若 Vin>VDAC0，則仍保持原先設置位的值，否則便清‘0’該位。這個逐次逼近的過程一直會延續到 10 位中的所有位都被測試之後，A/D 轉換的結果保存在 SAR 內。

當 10 位 A/D 轉換完成時，RDY 會被置‘1’。此時，用戶通過讀取

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P_ADC (7014H)或 P_ADC_MUX_Data(702CH) 可以獲得 10 位元 A/D 轉換的資料。而從該單元讀取資料後，又會使 RDY 自動清‘ 0 ’來重新開始進行 A/D 轉換。若未讀取 P_ADC(7014H)或 P_ADC_MUX_Data(702CH)單元中的資料，

RDY 仍保持為‘1’，則不會啟動下一次的 A/D 轉換。

外部信號由 LIN_IN[1~7]即 IOA[0~6]或通道 MIC_IN 輸入。從 LIN_IN[1~7]

輸入的類比信號直接被送入緩衝器 P_ADC_MUX_Data(702CH)；從 MIC_IN 輸入的類比信號則要經過緩衝器和放大器。AGC 功能將通過 MIC_IN 通道輸入的類比信號的放大值控制在一定範圍內，然後放大信號經取樣-保持模組被送至比較器參與 A/D 轉換值的確定，最後送入 P_ADC (7014H)。

 ADC 多通道控制單元 P_ADC_MUX_Ctrl (讀/寫)

註 :

[1] Ready_MUX 只用於 Line_in[7:1].

[2] 一般情況下，該位元總為‘0’。以下情況除外：由於 MIC_IN 的優先順序高於 AD LINE_IN，所以在 LIN_IN AD 轉換過程裏又有 MIC_IN 時，若 AD 切換到 MIC 輸入，原 LINE_IN 的資料會出現問題，此時 FAIL 被置為

‘1’。 MIC AD 完成之後，該位元被清為‘0’。

 LINE_IN 輸入與 IOA[0~6]

 類比電壓輸入的儲存單元 P_ADC_MUX_Data(讀) ($702CH)

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P_ADC_MUX_Data 單元用於讀出 LINE_IN[7:1]10 位元 ADC 轉換的數位資料，即：

10 位元 ADC 轉換的數位資料存放格式

b15 b14 b13 b12 b11 b10 b9 b8 b7 b6

D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

範例一: 電壓信號從 IOA0 (lin_in1) 輸入由 B Port LED 顯示二進制值。

電路圖如下圖所示。

#include "SPCE061V004.H"

void Init_B_Port();

main() {

unsigned int ADV;

Init_B_Port(); //規劃 B Port 為同相的低電位輸出 *P_ADC_MUX_Ctrl = 0x0001; //LINE_IN---IOA0 *P_ADC_Ctrl = 0x0001; //ADC 致能

while (1) {

ADV = *P_ADC_LINEIN_Data; //ADC start, dummy read

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while ( !(*P_ADC_MUX_Ctrl & 0x8000) ) ; //等待，直到 ADC 完成

ADV = (*P_ADC_LINEIN_Data) & 0xFFC0; //讀取 10 bit ADC 資料，右半邊 6 bit 不要 ADV >>= 6; // 右移 6 bit

*P_IOB_Buffer = ADV; //*P_IOB_Data = ADV;

*P_Watchdog_Clear = 0x0001; //清看門狗 }

}

//============================================

void Init_B_Port() {

*P_IOB_Dir = 0xffff; //規劃 B Port 為同相的低電位輸出 *P_IOB_Attrib = 0xffff;

*P_IOB_Data = 0;

}

練習 1.

電路圖如下圖所示，做出四個 ADC 顯示在 LCD 上，顯示如下所示（Ｘ）為輸入的類比電壓值。比方說，輸入的電壓是 2.3V，則會顯示，AD1: 2.3v，

注意，你必須要把數位的 10 位元值轉換回相對應的電壓值，求到電壓小數第一位。四個電阻調整將會個別改變相對的電壓值。

ＡＤ 1 ： X . X

v

ＡＤ 1 ： X . X

v

ＡＤ 3 ： X . X

v

ＡＤ 3 ： X . X

v

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材料需求表:

61*1、LED*16、電阻 330*16、LCD 顯示器*1、可變電阻 10k*4、麵包板*1、單心線適量。