MSP430_Final

19.2.Функционирование модуля Comparator_A+ 451

19.2.6.Компаратор и регистр отключения порта CAPD

Входы и выход модуля компаратора мультиплексированы с определёнными линиями порта ввода/вывода, которые представляют собой цифровые схемы на КМОП элементах. Аналоговый сигнал, поступающий на вход КМОП элемента, может вызвать сквозной ток, протекающий от линии питания VCC к земле (GND). Этот паразитный ток появляется в том случае, если входное напряжение близко к пороговому напряжению элемента. Отключение буфера вывода порта исключает появление паразитного тока и, таким образом, уменьшает общее потребление микроконтроллера.

При установленных битах CAPDx отключаются входные и выходные буферы соответствующего вывода порта P2, как показано на Рис. 19.4. Если потребление устройства является критичным, то необходимо отключать любые выводы порта, на которые поступают аналоговые сигналы.

Рис. 19.4. Передаточная характеристика и рассеивание мощности в инверторе/буфере КМОП.

При подключении мультиплексора компаратора посредством битов P2CAx к какому либо выводу микроконтроллера входной и выходной буферы этого выво да автоматически выключаются, независимо от состояния соответствующего би та CAPDx.

19.2.7. Прерывания компаратора

Модулю Comparator_A+ выделен один вектор прерывания, с которым связан единственный флаг (Рис. 19.5). Флаг прерывания CAIFG устанавливается по на растающему или спадающему фронту сигнала компаратора (определяется битом CAIES). Если установлены оба бита CAIE и GIE, то установка флага CAIFG гене рирует запрос прерывания. Флаг CAIFG автоматически сбрасывается при обра ботке прерывания или может быть сброшен программно.

452 Глава 19. Модуль аналогового компаратора Comparator_A+

Рис. 19.5. Система прерывания модуля Comparator_A+.

19.2.8.Использование компаратора для измерения сопротивления

Модуль компаратора может применяться для точного измерения сопротивле ния резистивных элементов с использованием метода аналого цифрового преоб разования однократного интегрирования. Например, для преобразования значе ния температуры в цифровой код можно использовать термистор, сравнивая вре мя разряда конденсатора через этот термистор и через эталонный резистор, как показано на Рис. 19.6. В данном случае сопротивление резистора Rref сравнивает ся с сопротивлением термистора Rmeas.

0.25 VCC

Рис. 19.6. Система измерения температуры.

Для вычисления значения температуры, измеренной при помощи Rmeas, ис пользуются следующие ресурсы микроконтроллера:

Две цифровых линии ввода/вывода для заряда и разряда конденсатора.

Для заряда конденсатора на вывод выставляется ВЫСОКИЙ уровень (VCC), а для разряда — НИЗКИЙ.

Когда линия ввода/вывода не используется, она переключается в высоко импедансное состояние установкой соответствующего бита CAPDx.

Один выход используется для заряда/разряда конденсатора через резистор

Rref.

Один выход используется для разряда конденсатора через термистор Rmeas.

Неинвертирующий вход компаратора подключается к положительной об кладке конденсатора.

19.2.Функционирование модуля Comparator_A+ 453

На инвертирующий вход компаратора подаётся опорное напряжение, на пример 0.25VCC.

Для уменьшения коммутационных помех необходимо использовать выход ной RC фильтр.

Выход CAOUT используется для управления входом CCI1B Таймера А, с по мощью которого измеряется время разряда конденсатора.

Используя данный способ, можно измерять сопротивление нескольких ре зистивных элементов. Дополнительные элементы подключаются к выводу CA0 с помощью свободных линий ввода/вывода, которые переводятся в высокоимпе дансное состояние в те моменты, когда они не участвуют в измерении.

Измерение сопротивления термистора основано на принципе логометричес кого преобразования. Отношение времён разряда конденсатора через каждый из резистивных элементов определяется согласно Рис. 19.7.

Напряжение питания VCC и ёмкость конденсатора должны оставаться посто янными во время измерения, однако их конкретные значения не критичны, пос кольку они сокращаются:

Rmeas = Rref × Nmeas .

Nref

454 Глава 19. Модуль аналогового компаратора Comparator_A+

19.3. Регистры модуля Comparator_A+

Список регистров модуля Comparator_A+ приведён в Табл. 19.1.

Таблица 19.1. Регистры модуля Comparator_A+

VCAREF.

При CAEX = 0:

0VCAREF подаётся на неинвертирующий (+) вход 1 VCAREF подаётся на инвертирующий (–) вход При CAEX = 0:

0VCAREF подаётся на инвертирующий (–) вход

1VCAREF подаётся на неинвертирующий (+) вход

00Внутренний генератор опорного напряжения выключен. Мож но использовать внешний источник опорного напряжения.

19.3. Регистры модуля Comparator_A+ 455

CACTL2, регистр управления 2 модуля Comparator_A+

если вход CA0 мультиплексирован с выводом P2.3, то биты CAPDx могут использоваться для включения или отключения буферов каж дого из выводов P2.x порта. Бит CAP0 отключает P2.0, CAPD1 от ключает P2.1 и т.д.

0 Входной буфер включён

1Входной буфер отключён

458 Глава 20. Модуль 10#битного АЦП ADC10

20.2. Функционирование модуля ADC10

Конфигурирование модуля ADC10 осуществляется пользовательской про граммой. Настройка модуля и его функционирование рассматриваются в следую щих подразделах.

20.2.1. Ядро 10Cбитного АЦП

Ядро АЦП преобразует аналоговый сигнал в 10 битный цифровой код и со храняет результат в регистре ADC10MEM. Верхний и нижний пределы преобра зования определяются двумя программируемыми уровнями напряжения (VR+ и VR–). Результат преобразования равен максимальному значению (03FFh), если уровень входного сигнала больше или равен VR+, и нулю, если уровень входного сигнала меньше или равен VR–. Входной канал и уровни опорных напряжений (VR+ и VR–) задаются регистрами управления модуля. Результат преобразования может быть представлен в обычном виде или в дополнительном коде. При ис пользовании обычного двоичного кода результат аналого цифрового преобразо вания определяется выражением:

Конфигурирование ядра АЦП осуществляется двумя регистрами управления ADC10CTL0 и ADC10CTL1. Включается ядро АЦП установкой бита ADC10ON. За некоторыми исключениями биты управления модуля ADC10 можно изменять только при ENC = 0. Перед выполнением любого преобразования бит ENC дол жен быть установлен в 1.

Выбор тактового сигнала преобразования

Сигнал ADC10CLK используется как в качестве тактового сигнала преобразо вания, так и для формирования периодов выборки. Источник сигнала ADC10CLK задаётся битами ADC10SSELx. Выбранный сигнал поступает на АЦП через предделитель, коэффициент деления которого (1, 2, 4 или 8) определяется битами ADC10DIVx. Для формирования сигнала ADC10CLK могут использо ваться системные тактовые сигналы SMCLK, MCLK, ACLK, а также сигнал внут реннего генератора ADC10OSC.

Частота сигнала ADC10OSC, формируемого внутри модуля, не превышает 5 МГц и зависит от конкретного устройства, напряжения питания и температуры. Точные параметры сигнала ADC10CLK приводятся в документации на конкрет ные модели.

Пользователь должен гарантировать, что тактовый сигнал, используемый для формирования ADC10CLK, останется активным до завершения процесса преоб разования. Если тактовый сигнал будет остановлен во время преобразования, то операция завершена не будет, а полученный результат будет неверным.

20.2. Функционирование модуля ADC10 459

20.2.2. Входы модуля ADC10 и мультиплексор

Входной аналоговый мультиплексор позволяет выбирать для преобразования один из 8 внешних и 4 внутренних аналоговых сигналов. Мультиплексор (Рис. 20.2) выполнен по схеме break before make (разрыв перед включением) для уменьшения перекрёстных помех, возникающих при переключении каналов. Кроме того, ключи мультиплексора выполнены по T образной схеме, позволяю щей свести к минимуму взаимное влияние каналов. Неиспользуемые в данный момент времени каналы отключаются от АЦП, а средняя точка подключается к аналоговой земле VSS. В результате паразитная ёмкость заземляется, что помогает устранить перекрёстные помехи.

Рис. 20.2. Аналоговый мультиплексор.

Модуль ADC10 использует метод перераспределения заряда. Переключение входов внутри модуля может вызвать переходные процессы во входном сигнале. Эти переходные процессы затухают достаточно быстро, чтобы не стать причиной некорректного преобразования.

Выбор аналогового порта

Внешние входы модуля ADC10 Ax, VeREF+ и VREF– мультиплексированы с ли ниями портов ввода/вывода, которые представляют собой цифровые схемы на КМОП элементах (см. справочную документацию на конкретную модель). Ана логовый сигнал, поступающий на вход КМОП элемента, может вызвать сквоз ной ток, протекающий от линии питания VCC к земле (GND). Этот паразитный ток появляется в том случае, если входное напряжение близко к пороговому на пряжению элемента. Отключение буфера вывода порта исключает появление па разитного тока и, таким образом, уменьшает общее потребление микроконтрол лера. Биты ADC10AEx позволяют отключать входные и выходные буферы соот ветствующих выводов порта.

;P2.3 в микроконтроллере MSP430x22xx используется как аналоговый вход BIS.B #08h,&ADC10AE0 ; P2.3 – аналоговый вход для ADC10

20.2.3. Генератор опорного напряжения

Модуль ADC10 содержит встроенный генератор опорного напряжения, спо собный формировать напряжение двух номиналов. Генератор опорного напряже ния включается установкой бита REFON = 1. При REF2_5V = 1 внутреннее опорное напряжение равно 2.5 В, а при REF2_5V = 0 внутреннее опорное напря

460 Глава 20. Модуль 10#битного АЦП ADC10

жение составляет 1.5 В. Это напряжение может использоваться внутри кристалла, а также может быть выведено на вывод VREF+ при REFOUT = 1.

Уровни V+ и V– могут задаваться внешними источниками, подключаемыми к выводам A4 и A3 соответственно. При использовании внешних источников опор ного напряжения или же при использовании в качестве опорного напряжения питания VCC, внутренний генератор опорного напряжения можно отключить для уменьшения потребления устройства.

Внешнее положительное опорное напряжение VeREF+ может буферироваться — для этого следует установить в 1 биты SREF0 и SREF1. Наличие буфера даёт воз можность использовать источник с большим внутренним сопротивлением, но ценой увеличения тока потребления микроконтроллера. Если бит REFBURST = 1, то потребляемый ток увеличивается только во время выборки и преобразования.

Модуль ADC10, в отличие от модуля ADC12, не требует подключения вне шних фильтрующих конденсаторов к входам источников опорного напряжения.

Экономичный внутренний ИОН

Встроенный генератор опорного напряжения модуля ADC10 разработан для использования в приложениях с низким энергопотреблением. В составе генера тора имеется источник напряжения (ИОН) и отдельный буфер. Значение тока, потребляемого каждым из указанных узлов, приводится в справочной документа ции на конкретные модели. При REFON = 1 оба узла включены, а при REFON = 0 — выключены. Полное время установления опорного напряжения после установки бита REFON составляет не более 30 мкс.

Если REFON = 1, но преобразование не выполняется, то буфер автоматичес ки выключается, а включается (тоже автоматически), когда в нём возникает пот ребность. В выключенном состоянии ток потребления буфера равен нулю. Ис точник напряжения в этом случае остаётся активным.

При REFOUT = 1 работой буфера внутреннего источника опорного напряже ния управляет бит REFBURST. При REFBURST = 0 буфер будет включён посто янно, обеспечивая наличие опорного напряжения на соответствующем выводе микроконтроллера. Если REFBURST = 1, то буфер автоматически выключается между преобразованиями и автоматически включается на время преобразования.

Также имеется возможность выбора между быстродействием АЦП и током потребления буфера встроенного ИОН. При скорости преобразования менее 50 тыс. выборок/с установка бита ADC10SR = 1 уменьшает ток потребления бу фера примерно на 50%.

20.2.4. Автоматическое отключение

Модуль ADC10 разработан для использования в приложениях с низким энер гопотреблением. Поэтому ядро автоматически отключается в те периоды време ни, когда модуль не выполняет преобразований, и автоматически включается при необходимости. Аналогичным образом автоматически включается и отключается внутренний генератор модуля ADC10SC. В выключенном состоянии ток потреб ления, как ядра АЦП, так и внутреннего генератора, равен нулю.