模拟外设

内容索引

7.1 模数转换器

7.2 DAC原理及应用

7.3 电压比较器原理及应用

7.1  模数转换器

7.1.1  A/D 转换器工作原理

　　将 A/D 转换器电路集成到单片机内，可有效的减少外部器件，同时，具有低成本和减少器件空间需求的优势。 A/D 转换器广泛应用于触摸屏、电池电量检测等很多场合。

　　SPMC65 系列单片机具有 9 通道 A/D 转换功能，精度为 10 位，可选内部参考电压即电源电压（ VDD ），也可选择外部参考电压输入（ VRT ）（ 8 通道 10 位 ADC 模式）， PB7 用作外部参考电压的输入管脚。 ADC 输入通道和 I/O 端口 A[7:0] 、 PB7 复用，具体请参见 表 7.1 。

表 7 . 1 A/D 转换模式简表

　　A/D 转换器结构图请参见 图 7.1 。

　　SPMC65 系列单片机的 A/D 输入范围为 0~VDD/VRT ，而 VRT 最高不能超过 VDD 。

　　而 A/D 转换时每完成一位所花的时间为 TAD ，在 SPMC65 系列单片机中，进行 10 位 A/D 转换总共需要 14 个 TAD 。 A/D 转换时钟频率共有 8 种选择，可以通过 P_AD_Ctrl0 寄存器中的 ADCS[2:0] 位设定，为了保证转换结果的正确， A/D 转换的时钟频率 (1/TAD) 应低于 1.4MHZ ，以配合 A/D 转换硬件部分的要求。由此可算出 SPMC65 系列单片机的 A/D 转换速率最高为 100KHz 。

7.1.2 控制寄存器

　　A/D 转换相关寄存器有如下 7 个：

•  A/D 转换控制寄存器

　　（ 1 ） P_AD_Ctrl0 （ $28,R/W ）

　　作用： A/D 转换使能、外部或内部参考电压选择、 A/D 转换的时钟频率选择、启动 A/D 转换功能；该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 2 A/D 转换控制寄存器 0P_AD_Ctrl0 （ $28,R/W ）

Bit 7 　ADEN ： A/D 转换使能位
　
　　　　　　 0 = 禁止 A/D 转换功能
　　　　　　
　　　　　　 1 = 允许 A/D 转换功能
　　　　　
Bit 6 　ADVRT ： A/D 转换参考电压选择位
　　　　　
　　　　　 1 = 选用外部参考电压（ VRT ）， PB7 做为外部参考电压输入
　　　　　
　　　　　 0 = 选用电源电压作为参考电压（ VDD ）

Bit [5:4] 保留

Bit [3:1] ADCS[2:0] ： A/D 转换时钟的频率选择位。
　　　　　
　　　　　 注意： AD 转换的时钟的频率不能超过 1.4MHz ，以保证转换结果的正确性。
　　　　　
　　　　　 111= F SYS ÷ 256
　　　　　
　　　　　 110= F SYS ÷ 128
　　　　　
　　　　　 101= F SYS ÷ 64
　　　　　
　　　　　 100= F SYS ÷ 32
　　　　　
　　　　　 011= F SYS ÷ 16
　　　　　
　　　　　 010= F SYS ÷ 8
　　　　　
　　　　　 001= F SYS ÷ 4
　　　　　
　　　　　 000= F SYS ÷ 2
　　　　　
　　　　　 F SYS ：系统时钟
　　　　　
Bit 0 　ADRDY/STARTB ： A/D 转换状态标志和启动位

　　　　　读操作： A/D 转换的状态
　　　　　
　　　　　 1: A/D 转换结束
　　　　　
　　　　　 0: 正在进行数据转换
　　　　　
　　　　　 写操作： A/D 转换启动位
　　　　　
　　　　　 1: 无效
　　　　　
　　　　　 0: 启动 A/D 转换

　　作用：设置 I/O 端口作为 ADC 的输入通道，该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 3 A/D 转换控制寄存器 1 P_AD_Ctrl1 （ $29,R/W ）

PCFG7:

1= 模拟输入口 (AN7)

0= 普通 I/O 端口 (PA7)

PCFG6:

1= 模拟输入口 (AN6)

0= 普通 I/O 端口 (PA6)

PCFG5:
　　
　　 1= 模拟输入口 (AN5)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA5)

PCFG4:
　　
　　 1= 模拟输入口 (AN4)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA4)

PCFG3:
　　
　　 1= 模拟输入口 (AN3)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA3)

PCFG2:

　　1= 模拟输入口 (AN2)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA2)

PCFG1:
　　
　　 1= 模拟输入口 (AN1)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA1)

PCFG0:
　　
　　 1= 模拟输入口 (AN0)
　　
　　 0= 普通 I/O 端口 (PA0)

（ 3 ） P_AD_Ctrl2 （ $2A,R/W ）

　　作用：通道选择寄存器，选择需要进行 A/D 转换的通道，该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 4 A/D 转换控制寄存器 2 P_AD_Ctrl2 （ $2A,R/W ）

Bit 7 　　ADCE ： A/D 转换电源控制位。当不进行 A/D 转换时，关闭 ADC 电源可以省电。

　　　　　　1= 打开 A/D 转换电源
　　　　　　
　　　　　　 0= 关闭 A/D 转换电源

Bit [6:3] ADS[3:2] ： A/D 转换通道选择

　　　　　　0000= 选择通道 0 (AN0).
　　　　　　
　　　　　　 0001= 选择通道 1 (AN1)
　　　　　　
　　　　　　 0010= 选择通道 2 (AN2)
　　　　　　
　　　　　　 0011= 选择通道 3 (AN3)
　　　　　　
　　　　　　 0100= 选择通道 4 (AN4)
　　　　　　
　　　　　　 0101= 选择通道 5 (AN5)
　　　　　　
　　　　　　 0110= 选择通道 6 (AN6)
　　　　　　
　　　　　　 0111= 选择通道 7 (AN7)
　　　　　　
　　　　　　 1000= 选择通道 8 (AN8)

　　　　　　其它 = 保留

Bit [2:1] 保留 Bit 0 PCFG8 ：

　　　　　　1 = 模拟输入口 (AN8/Avref)
　　　　　　
　　　　　　 0 = 数字输入口 (PB7)

•  A/D 转换结果存放寄存器

（ 1 ） P_AD_DataHi （ $2B,R/W ）

　　作用： 10bit A/D 转换结果的高 8 位存放寄存器。

表 7 . 5 A/D 转换值高字节寄存器 P_AD_DataHi （ $2B,R/W ）

（ 2 ） P_AD_ DataLo （ $2C,R/W ）

　　作用： 10bit A/D 转换结果的低 2 位存放寄存器。

表 7 . 6 A/D 转换值低字节寄存器 P_AD_DataLo （ $2C,R/W ）

•  A/D 转换中断相关寄存器

　　A/D 转换的中断相关的寄存器为中断控制寄存器 0 （ P_INT_Ctrl0 ）和中断标志寄存器 0 （ P_INT_Flag0 ），当需要用中断的方式读取 A/D 转换的结果时，在 P_INT_Ctrl0 的 Bit7 位设置为 1 ，并且打开总中断即可。

（ 1 ） P_INT_Flag0 （ $0C,R/W ）

　　作用：中断标志寄存器，其中 Bit7 为 ADC 中断标志位。

表 7 . 7 中断标志寄存器 0 P_INT_Flag0 （ $0C,R/W ）

（ 2 ） P_INT_Ctrl0 （ $0D,R/W ）

　　作用：中断控制寄存器，其中 Bit7 为 ADC 中断控制位。

表 7 . 8 中断控制寄存器 0 P_INT_Ctrl0 （ $0D,R/W ）

7.3.1 A/D 转换器应用

　　A/D 转换应用的一般步骤如下：

　　 ·打开 A/D 转换电源
　　
　　 ·允许 A/D 转换，选择 A/D 转换的时钟速率
　　
　　 ·将 I/O 口定义为模拟口
　　
　　 ·选择模拟电压输入口
　　
　　 ·启动 A/D 转换
　　
　　 ·A/D 转换结束后读取结果

【例 7-1 】： 初始化 A/D 转换，从 AN1 输入模拟信号，并启动 A/D 转换器。

　　A/D 转换结束后读取结果

　　A/D 转换结束后，转换结果保存在寄存器 P_AD_DataHi 和 P_AD_DataLo 中，转换结果有两种判断方式：查询方式和中断方式。

　　（ 1 ）查询方式：当 A/D 转换结束， P_AD_Ctrl0 的 Bit0 会被置 1 ，因而，可以在程序中不断查询该标志位，当该标志位被置 1 ，表示 A/D 转换结束，将 转换结果存入结果寄存器便可以 读取结果。流程如下：

图 7 . 2 查询式 A/D 转换流程

【例 7-2 】： 查询式 A/D 转换 。

图 7 . 3 中断式 A/D 转换流程

【 例 7 -3 】： 中断式 A/D 转换

7.2  DAC 原理及应用

7.2.1 D/A 转换器工作原理

　　SPMC65 系列单片机内置了一个 10 位的数模转换器 (DAC) ，输出的转换电流最大为 3.3mA ，转换完成时间约 80 微秒。当数据写入 DAC 数据寄存器 P_DA_DataHi 和 P_DA_DataLo 中时， DAC 模块自动将其转换为相应的的模拟电流，通过 I/O 端口 PE6 管脚输出（ SPMC65 系列单片机视具体型号提供 DAC 功能，即只有引出 PE6 端口的芯片才提供）。向 P_DA_DataHi 寄存器写入 “11111111B” ，向 P_DA_DataLo 寄存器写入 “11000000B” （其中 P_DA_DataHi 寄存器存放数字量的高 8 位， P_DA_DataLo 寄存器存放数字量的低 2 位）， PE6 输出最大转换电流 3.3mA 。

7.2.2 控制寄存器

　　D/A 转换相关寄存器有如下 3 个：

1 ． P_DA_Ctrl （ $55,R/W ）

　　作用：控制 D/A 转换使能以及启动 DAC 功能，该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 9 DAC 控制寄存器 P_DA_Ctrl （ $55,R/W ）

Bit 7 　DAEN ： D/A 转换使能位

　　　　　1 = 使能 DAC 功能并启动 DAC 转换

　　　　　0 = 禁止 DAC 功能并停止 DAC 转换

Bit [6:0] 保留

2 ． P_DA_ DataHi （ $57,R/W ）

　　作用： 10bit D/A 转换数据的高 8 位存放寄存器，该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 10 D/A 转换值高字节寄存器 P_DA_DataHi （ $57,R/W ）

　　Bit [7:0]　 DAData[9:2]: 10 位 D/A 转换数据的高 8 位数据。

3 ． P_DA_ DataLo （ $56,R/W ）

　　作用： 10bit D/A 转换数据的低 2 位存放寄存器，该寄存器默认初值为 #00h 。

表 7 . 11 D/A 转换值高字节寄存器 P_DA_DataLo （ $56,R/W ）

　　Bit [7:6] DAData[1:0]: 10 位 D/A 转换数据的低 2 位数据， bit7 位和 bit6 位有效。

　　Bit [5:0] 保留

7.2.3 D/A 转换器应用

　　D/A 转换一般步骤如下：

　　进行 D/A 转换时，需要将寄存器 P_DA_Ctrl 中的 DAEN 位置 1 ，便开始进行转换， PE6 端口会输出转换电流。 DAC 数据寄存器包括两个字节：寄存器 P_DA_DataHi 存储转换数据的高 8 位，寄存器 P_DA_DataLo 存储转换数据的低 2 位。 DAC 转换完成需要约 80 微秒，用户必须等待本次转换完成才能进行下一次转换，以保证 D/A 转换的正确性。

【例 7 -4 】： D/A 转换

7.3  电压比较器原理及应用

7.3.1 电压比较器工作原理

　　SPMC65 系列单片机内置两个电压比较器（也简称比较器）（ SPMC65 系列单片机视具体型号提供电压比较器功能，即只有引出 PE[2:5] 端口的芯片才提供），这两个电压比较器相互独立，其电压输入端 CMPIN1/CMPIN0 与普通 I/O 端口复用（ PE5/PE3 ），参考电压可选外部参考电压（来自 PE4/PE2 管脚上的电压）或选择内部参考电压 (1.2V) ，具体请参见 表 7.12 。

表 7 . 12 电压比较器表

　　其中输入的比较电压范围为 0.2V~ (VDD-0.2) V 。 图 7 . 4 为电压比较器结构图。

图 7.4 电压比较器结构图

7.3.2 控制寄存器

　　电压比较器相关寄存器有如下 2 个：

1 ．电压比较器控制寄存器 P_CMP_Ctrl （ $2E ， R/W ）

　　电压比较器控制寄存器 P_CMP_Ctrl （ $2E ） ，用来对电压比较器进行设置。比较器 1 和比较器 0 的电压比较模块相互独立，具有各自的控制位： Bit7~Bit4 分配给比较器 1 使用， Bit3~Bit0 分配给比较器 0 使用； P_CMP_Ctrl 默认初值为 #00h 。具体内容如下：

表 7 . 13 比较器控制寄存器 P_CMP_Ctrl （ $2E ， R/W ）

　Bit 7 CMP1EN: 比较器 1 使能位
　
　　　　　　 1 = 使能比较器 1
　　　　　　
　　　　　　 0 = 禁止比较器 1
　
　 Bit 6 CMP1RS: 比较器 1 参考电压源选择位
　
　　　　　　 1 = 选择外部参考电压 (PE4)
　
　　　　　　 0 = 选择内部参考电压 (1.2v)
　
　 Bit 5 CMP1LOG: 比较器 1 的事件逻辑选择位
　
　　　　　　 1 = 比较器 1 输入比较电压 > 比较器 1 参考电压， P_INT_Ctrl2 中 CMP1IE 位置 1
　
　　　　　　 0 = 比较器 1 输入比较电压 < 比较器 1 参考电压， P_INT_Ctrl2 中 CMP1IE 位置 1
　
　 Bit 4 CMP1OUT: 比较器 1 结果指示位
　
　　　　　　 1 = 比较器 1 输入比较电压 > 比较器 1 参考电压
　
　　　　　　 0 = 比较器 1 输入比较电压 < 比较器 1 参考电压
　
　 Bit 3 CMP0EN: 比较器 0 使能位 .
　
　　　　　　 1 = 使能比较器 0
　
　　　　　　 0 = 禁止比较器 0
　
　 Bit 2 CMP0RS: 比较器 0 参考电压源选择位 .
　
　　　　　　 1 = 外部参考电压 (PE2)
　
　　　　　　 0 = 内部参考电压 (1.2v)
　
　 Bit 1 CMP0LOG: 比较器 0 的事件逻辑选择位
　
　　　　　　 1 = 比较器 0 输入比较电压 > 比较器 0 参考电压， P_INT_Ctrl2 中 CMP0IE 位置 1
　
　　　　　　 0 = 比较器 0 输入比较电压 < 比较器 0 参考电压， P_INT_Ctrl2 中 CMP0IE 位置 1
　
　 Bit 0 CMP0OUT: 比较器 1 结果指示位
　
　　　　　　 1 = 比较器 0 输入比较电压 > 比较器 0 参考电压
　
　　　　　　 0 = 比较器 0 输入比较电压 < 比较器 0 参考电压

2 ．中断标志寄存器 2 P_INT_Flag2 （ $26 ， R/W ）

表 7 . 14 中断标志寄存器 P_INT_Flag2 （ $27 ， R/W ）

　Bit 1 CMP1IF: 比较器 1 中断标志
　
　　　　　 读操作：
　　　　　　　
　　　　　　　 0 = 中断没有发生
　　　　　　　
　　　　　　　 1 = 中断发生
　　　　　
　　　　　 写操作：
　　　　　　　
　　　　　　　 0 = 无效
　　　　　　　
　　　　　　　 1 = 清比较器 1 中断标志
　
　 Bit 0 CMP0IF: 比较器 0 中断标志
　
　　　　　 读操作：
　　　　　
　　　　　　　 0 = 中断没有发生
　　　　　　　
　　　　　　　 1 = 中断发生
　　　　　
　　　　　 写操作：
　　　　　
　　　　　　　 0 = 无效
　　　　　　　
　　　　　　　 1 = 清比较器 1 中断标志

7.3.3  比较器应用

　　电压比较器设置的一般步骤：

图 7 . 5 比较器设置一般流程

　　电压比较器的比较结果的读取可以采用查询式：

　　事件逻辑选择位设置后，当相应的逻辑事件成立时，寄存器 P_INT_Flag2 的 bit1/bit0 位会被置 1 ，所以查询该位状态即可。比如当将 COM0EN 位和 CMP0LOG 位置 1 ，当比较器 0 的输入电压 > 比较器 0 的参考电压时，寄存器 P_INT_Flag2 的 bit0 便会被置 1 。

【例 7-5 】 查询方式检测 PE3 输入电压大于 PE2 的电压