第一章 A/D轉換的基本工作原理

A/D轉換（Analog-to-Digital Conversion）是將模擬信號轉換為數字信號的過程。在各種電子系統中廣泛應用，包括微控制器、數據采集系統、傳感器接口等。

A/D轉換器的基本工作原理如下：

（1）采樣（Sampling）：A/D轉換開始時，模擬輸入信號被以固定時間間隔采樣。采樣是指在一段時間內測量并記錄模擬輸入信號的電壓值或電流值。采樣速率決定了每秒對信號進行采樣的次數，也稱為采樣頻率。

（2）量化（Quantization）：采樣后，模擬信號的幅度需要被量化為離散的數字值。這個過程將連續的模擬信號劃分為有限數量的離散級別，它決定了數字表示的精度。量化過程涉及將每個采樣值映射到最接近的離散級別上。

（3）編碼（Encoding）：量化后，所得到的離散級別需要被編碼為二進制數字。在大多數情況下，使用二進制編碼來表示每個離散級別。編碼的位數決定了A/D轉換器的分辨率和所能表示的數字范圍。

（4）樣本保持（Sample and Hold）：在進行A/D轉換的過程中，模擬信號的值需要保持不變，以便進行準確的量化和編碼。為了實現這一點，樣本保持電路用于在樣本期間“凍結”輸入信號，直到轉換完成。

（5）轉換速率（Conversion Rate）：A/D轉換器的轉換速率指的是它可以執行的轉換操作的頻率。轉換速率取決于A/D轉換器的性能和應用需求。較高的轉換速率對于需要實時數據獲取和高速處理的應用是重要的。

A/D轉換的基本工作原理包括采樣、量化、編碼和樣本保持等步驟。通過這些步驟，模擬信號被轉換為離散的數字表示，從而使得數字系統能夠處理和分析這些信號。A/D轉換器在許多應用中都扮演著至關重要的角色，例如傳感器數據采集、音頻處理、儀器測量等。

第二章 CC2530的A/D轉換模塊

CC2530的ADC模塊支持最高14位二進制的模擬數字轉換，具有12位的有效數據位，它包括一個模擬多路轉換器，具有8個各自可配置的通道，以及一個參考電壓發生器。

該ADC模塊有如下主要特征：

<1> 可選取的抽取率，設置分辨率（7~12位）。

<2> 8個獨立的輸入通道，可接收單端或差分信號。

<3> 參考電壓可選為內部單端、外部單端、外部差分或AVDD5。

<4> 單通道轉換結束可產生中斷請求。

<5> 序列轉換結束可發出DMA觸發。

<6> 可將片內溫度傳感器作為輸入。

<7> 電池電壓測量功能。

第三章 ADC模塊的信號輸入

端口0引腳可以配置為ADC輸入端，依次為AIN0~AIN7：

<1> 可以把輸入配置為單端輸入或差分輸入。

<2> 差分輸入對：AIN0~~AIN1、AIN2~~AIN3、AIN4~~AIN5、AIN6~~AIN7。

<3> 片上溫度傳感器的輸出也可以作為ADC的輸入用于測量芯片的溫度。

<4> 可以將一個對應AVDD5/3的電壓作為ADC輸入，實現電池電壓監測。

<5> 負電壓和大于VDD的電壓都不能用于這些引腳。

<6> 單端電壓輸入AIN0~~AIN7，以通道號碼0~~7表示；四個差分輸入對則以通道號碼8~11表示；溫度傳感器的通道號碼為14；AVDD5/3電壓輸入的通道號碼為15。

第四章 ADC相關的幾個概念

<1> 序列ADC轉換：可以按序列進行多通道的ADC轉換，并把結果通過DMA傳送到存儲器，而不需要CPU任何參與。

<2> 單通道ADC轉換：在程序設計中，通過寫ADCCON3寄存器觸發單通道ADC轉換，一旦寄存器被寫入，轉換立即開始。

<3> 參考電壓：內部生成的電壓、AVDD5引腳、適用于AIN7輸入引腳的外部電壓，或者適用于AIN6~AIN7輸入引腳的差分電壓。

<4> 轉換結果：數字轉換結果以2的補碼形式表示。對于單端，結果總是正的。對于差分配置，兩個引腳之間的差分被轉換，可以是負數。當ADCCON1.EOC設置為1時，數字轉換結果可以獲得，且結果總是駐留在ADCH和ADCL寄存器組合的MSB段中。

<5> 中斷請求：通過寫ADCCON3觸發一個單通道轉換完成時，將產生一個中斷，而完成一個序列轉換時，是不產生中斷的。當每完成一個序列轉換，ADC將產生一個DMA觸發。

<6> 寄存器：ADC有兩個數據寄存器：ADCL和ADCH；三個控制寄存器：ADCCON1、ADCCON2、ADCCON3；分別用來配置ADC并返回轉換結果。

第五章 ADC配置步驟

【1】配置APCFG寄存器

當使用ADC時，端口0的引腳必須配置為ADC模擬輸入。要配置一個端口0引腳為一個ADC輸入，APCFG寄存器中相應的位必須設置為1。這個寄存器的默認值是0，選擇端口0為非模擬輸入，即作為數字I/O端口。

注意：寄存器的設置將覆蓋P0SEL的設置。

【2】配置ADCCON3寄存器

單通道的ADC轉換，只需將控制字寫入ADCCON3寄存器即可。

【3】ADC初始化

主要對端口的功能進行選擇，設置其傳輸方向，并將端口設置為模擬輸入。

【4】ADC數據采集

首先將ADCIF標志位清0，接著對ADCCON3寄存器設置，該寄存器一旦被寫入，轉換立即開啟；然后等待ADCIF置1，這時候轉換完成，讀取數據即可。

第六章源代碼

【1】內置溫度采集

/******************************************************************************
 CC2530模塊AD測試程序
 通過內置溫度傳感器實現溫度采集
 ******************************************************************************/
 #include < ioCC2530.h >
 #include < stdio.h >
 ?
 #define uint unsigned int
 // Data
 typedef unsigned char       BYTE;
 ?
 // Unsigned numbers
 typedef unsigned char       UINT8;
 typedef unsigned char       INT8U;
 typedef unsigned short      UINT16;
 typedef unsigned short      INT16U;
 typedef unsigned long       UINT32;
 typedef unsigned long       INT32U;
 ?
 // Signed numbers
 typedef signed char         INT8;
 typedef signed short        INT16;
 typedef signed long         INT32;
 ?
 #define ADC_REF_1_25_V      0x00
 #define ADC_14_BIT          0x30
 #define ADC_TEMP_SENS       0x0E
 ?
 #define DISABLE_ALL_INTERRUPTS() (IEN0 = IEN1 = IEN2 = 0x00)
 ?
 #define ADC_SINGLE_CONVERSION(settings) \\
    do{ ADCCON3 = (settings); }while(0)
 ?
 #define ADC_SAMPLE_SINGLE() \\
   do { ADC_STOP(); ADCCON1 |= 0x40;  } while (0)
 ?
 #define ADC_SAMPLE_READY()  (ADCCON1 & 0x80)
 ?
 #define ADC_STOP() \\
   do { ADCCON1 |= 0x30; } while (0)
 ?
 #define ADC14_TO_CELSIUS(ADC_VALUE)    ( ((ADC_VALUE) > > 4) - 335)
 ?
 /**************************
 系統時鐘 不分頻
 計數時鐘 32分頻
 **************************/
 void InitClock(void)
 {
     CLKCONCMD = 0x28;           //時器計數時鐘設定為1M Hz,  系統時鐘設定為32 MHz 
     while(CLKCONSTA & 0x40);    //等晶振穩定
 }
 ?
 /*****************************************
  串口初始化函數：初始化串口 UART0        
 *****************************************/
 void InitUART0(void)
 {
     PERCFG = 0x00;               //位置1 P0口
     P0SEL = 0x3c;                //P0用作串口
     
     P2DIR &= ~0XC0;                           //P0優先作為UART0    
     U0CSR |= 0x80;                        //串口設置為UART方式
     U0GCR |= 9;             
     U0BAUD |= 59;                         //波特率設為19200
 ?
     UTX0IF = 1;                               //UART0 TX中斷標志初始置位1  
     U0CSR |= 0X40;                //允許接收
     IEN0 |= 0x84;                 //開總中斷，接收中斷
 }
 ?
 /****************************************************************
    串口發送字符串函數                        
 ****************************************************************/
 void UartTX_Send_String(char *Data,int len)
 {
   int j;
   for(j=0;j< len;j++)
   {
     U0DBUF = *Data++;
     while(UTX0IF == 0);
     UTX0IF = 0;
   }
    U0DBUF = 0x0A;        //換行
    while(UTX0IF == 0);
    UTX0IF = 0;
 }
 ?
 /****************************************************************
   延時函數              
 ****************************************************************/
 void Delay(uint n)
 {
     uint i;
     for(i=0;i< n;i++);
     for(i=0;i< n;i++);
     for(i=0;i< n;i++);
     for(i=0;i< n;i++);
     for(i=0;i< n;i++);
 }
 ?
 INT16 AvgTemp;
 ?
 /****************************************************************
 溫度傳感器初始化函數                      
 ****************************************************************/
 void initTempSensor(void)
 {
    DISABLE_ALL_INTERRUPTS();            //關閉所有中斷
    InitClock();                         //設置系統主時鐘為32M
    *((BYTE __xdata*) 0x624B) = 0x01;    //開啟溫度傳感器
    *((BYTE __xdata*) 0x61BD) = 0x01;    //將溫度傳感器與ADC連接起來
 }
 ?
 /****************************************************************
 讀取溫度傳感器AD值函數                        
 ****************************************************************/
 INT8 getTemperature(void)
 {
   UINT8   i;
   UINT16  AdcValue;
   UINT16  value;
 ?
   AdcValue = 0;
   for( i = 0; i < 4; i++ )
   {
     ADC_SINGLE_CONVERSION(ADC_REF_1_25_V | ADC_14_BIT | ADC_TEMP_SENS);    // 使用1.25V內部電壓，12位分辨率，AD源為：溫度傳感器
     ADC_SAMPLE_SINGLE();                                                   //開啟單通道ADC
     while(!ADC_SAMPLE_READY());                 //等待AD轉換完成
     value =  ADCL > > 2;                         //ADCL寄存器低2位無效
     value |= (((UINT16)ADCH) < < 6);    
     AdcValue += value;                          //AdcValue被賦值為4次AD值之和
   }
   value = AdcValue > > 2;                        //累加除以4，得到平均值
   return ADC14_TO_CELSIUS(value);               //根據AD值，計算出實際的溫度
 }
 ?
 /****************************************************************
 主函數 
 ****************************************************************/
 void main(void)
 {   
       char i;
       char TempValue[10]; 
       InitUART0();                                    //初始化串口
       initTempSensor();                               //初始化ADC
       while(1)
       {
         AvgTemp = 0;
         for(i = 0 ; i < 64 ; i++)
         {
           AvgTemp += getTemperature();              
           AvgTemp > >= 1;                              //每次累加后除2.
         }
          sprintf(TempValue, (char *)"%d ℃", (INT8)AvgTemp);
          UartTX_Send_String(TempValue,4);           
          Delay(50000);
       }
 }
 ?

【2】ADC通道0模擬數據采集

#include "ioCC2530.h"
 /*===============定時器1初始化函數==================*/
 void Init_Timer1()
 {
   T1CC0L = 0xd4;        //設置最大計數值的低8位
   T1CC0H = 0x30;        //設置最大計數值的高8位
   T1CCTL0 |= 0x04;      //開啟通道0的輸出比較模式
   T1IE = 1;             //使能定時器1中斷
   T1OVFIM = 1;          //使能定時器1溢出中斷
   EA = 1;               //使能總中斷
   T1CTL = 0x0e;         //分頻系數是128,模模式
 }
 unsigned char count = 0;
 unsigned char F_time = 0;
 /*================定時器1服務函數====================*/
 #pragma vector = T1_VECTOR
 __interrupt void Timer1_Sevice()
 {
   T1STAT &= ~0x01;      //清除定時器1通道0中斷標志
   count++;
   if(count == 10)       //定時1秒到
   {
     F_time = 1;
     count = 0;
   }
 }
 /*===================UR0初始化函數====================*/
 void Init_Uart0()
 {
   PERCFG = 0x00;    //串口0的引腳映射到位置1，即P0_2和P0_3
   P0SEL = 0x0C;     //將P0_2和P0_3端口設置成外設功能
   U0BAUD = 59;      //16MHz的系統時鐘產生9600BPS的波特率
   U0GCR = 9;
   U0UCR |= 0x80;    //禁止流控，8位數據，清除緩沖器
   U0CSR |= 0xC0;    //選擇UART模式，使能接收器
   UTX0IF = 0;       //清除TX發送中斷標志
   URX0IF = 0;       //清除RX接收中斷標志
   URX0IE = 1;       //使能URAT0的接收中斷
   EA = 1;           //使能總中斷
 }
 unsigned char dat[4];
 /*===================UR0發送字符串函數==================*/
 void UR0SendString(unsigned char *str, unsigned char count)
 {
   while(count--)       
   {
     U0DBUF = *str++;    //將要發送的1字節數據寫入U0DBUF
     while(!UTX0IF);     //等待TX中斷標志，即數據發送完成
     UTX0IF = 0;  
   }
 }
 /*===================ADC初始化函數====================*/
 void Init_ADC0()
 {
   P0SEL |= 0x01;      //P0_0端口設置為外設功能
   P0DIR &= ~0x01;     //P0_0端口設置為輸入端口
   APCFG |= 0x01;      //P0_0作為模擬I/O使用
 }
 /*===================讀取ADC的數據====================*/
 void Get_ADC0_Value()
 {
   ADCIF = 0;
   //參考電壓選擇AVDD5引腳，256抽取率，AIN0通道0
   ADCCON3 = (0x80 | 0x10 | 0x00);
   while(!ADCIF);      //等待A/D轉換完成，
   dat[0] = 0xaf;
   dat[1] = ADCH;      //讀取ADC數據低位寄存器
   dat[2] = ADCL;      //讀取ADC數據高位寄存器
   dat[3] = 0xfa;
 }
 /*=======================主函數======================*/
 void main()
 {
   Init_Uart0();
   Init_Timer1();
   Init_ADC0();
   while(1)
   {
     if(F_time == 1)           //定時1秒時間到
     {
       Get_ADC0_Value();       //進行A/D轉換并讀取數據
       UR0SendString(dat,4);   //向上位機發送數據
       F_time = 0;             //定時1秒標志清0
     }
   }
 }