STC8H开发(三): 基于FwLib_STC8的模数转换ADC介绍和演示用例说明

前面介绍了在Keil5和PlatformIO环境下使用FwLib_STC8, 接下来以STC8H系列为主, 结合demo中的演示用例介绍ADC(模数转换)

STC8G和STC8H的ADC模数转换

STC8G和STC8H的ADC部分在寄存器设置上基本上一致, 但是不同型号对应的通道编号, 通道数量和精度有区别

通道数量和精度

对应STC8G/STC8H的各个系列的通道数量和精度如下.

通道的选择使用寄存器ADC_CONTR的低4位, 对应STC8G/STC8H的各个系列, 这个寄存器的数值对应的通道如下

转换结果的对齐格式

ADC采样的精度实际上是不能设置的, 采样都是用的当前型号的最大精度, 结果存储在[ADC_RES, ADC_RESL]这两个寄存器. 为方便不同场合使用不同精度的结果, 可以将结果设置为左对齐或右对齐.

当设置为左对齐时, 可以只取ADC_RES的值(8位), 忽略最后两位.

当设置位右对齐时, 根据实际的精度, 可以取ADC_RES的低4位(12位精度)或低2位(10位精度), 加上ADC_RESL得到最终结果.

转换的时间消耗

一个完整的 ADC 转换时间为 = Tsetup + Tduty + Thold + Tconvert

Tsetup: 转换的通道切换时间, 可以设置为1个或2个ADC时钟周期

Tduty: 转换的采样时间, 默认是最低的11个ADC时钟, 最高为32个ADC时钟周期

Thold: 通道选择的保持时间, 可以选择1, 2, 3, 4个ADC时钟周期

Tconvert: 转换时间是固定的, 10bit精度是10个ADC时钟, 12bit精度是12个ADC时钟

以上的时间单位都是ADC时钟周期, 每个ADC时钟周期占用系统时钟(SYSCLK)的数量是可以设置的, 使用ADCCFG寄存器的低三位, 可以设置为最低2个系统时钟周期到最高32个系统时钟周期

对于转换的最高频率, DS上写了全局限制

10 位 ADC 的速度不能高于 500KHz

12 位 ADC 的速度不能高于 800KHz

转换的采样时间不能小于 10，建议设置为 15

硬件连线

STC8G/STC8H的ADC硬件连线有两种: 带AVcc,AGrnd和不带AVcc,AGrnd

带 AVcc,AGrnd

高端型号STC8H3K64S2系列, 例如会带这两个pin脚, 分别对应的是转换目标的电压参考值和对地参考值. 对于普通使用, 这两个可以直接接到VCC和GND, 连线为

   AGrnd   -> GND

   AVcc    -> VCC

   AVref   -> VCC 

   Vcc     -> VCC

   Gnd     -> GND

   ADC1    -> 采样点

不带 AVcc,AGrnd

低端型号以及STC8G系列不带这两个pin, 只需要接AVref, 采样点与MCU共地连接, 连线为

   AVref   -> VCC 

   Vcc     -> VCC

   Gnd     -> GND

   ADC1    -> Test voltage

演示用例说明

以下演示用例, 基于 FwLib_STC8, 源代码位于 FwLib_STC8/demo/adc 目录, 可以自行下载或查看. 因为版本演变, 代码可能与仓库中的代码有出入, 以仓库中的最新版本为准.

关于如何运行演示用例, 可以参考前面介绍的Keil C51和VSCode PlatformIO的配置说明

使用ADC1进行8位ADC转换, 主动查询(polling)方式

下面的例子, 使用主动查询的方式每隔0.1秒对P1.1口进行ADC转换, 精度8位, 将结果输出至串口

main.c代码

#include "fw_hal.h"

void main(void)

{

    uint8_t res;

    // 调整系统频率, 如果使用STC-ISP设定频率, 需要将这行注释掉

    SYS_SetClock();

    // 用于结果输出

    UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);

    // 将 ADC1(GPIO P1.1) 设为高阻输入

    GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);

    // 使用通道: ADC1

    ADC_SetChannel(0x01);

    // 设置ADC时钟 = SYSCLK / 2 / (1+1) = SYSCLK / 4

    ADC_SetClockPrescaler(0x01);

    // 设置结果左对齐, 只需要取值 ADC_RES

    ADC_SetResultAlignmentLeft();

    // 开启ADC电源

    ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);

    while(1)

    {

        // 开始转换

        ADC_Start();

        // 等待两个系统时钟

        NOP();

        NOP();

        // 检查转换结果标志位是否置位

        while (!ADC_SamplingFinished());

        // 清除结果标志位

        ADC_ClearInterrupt();

        // 读取结果

        res = ADC_RES;

        // 通过串口1输出

        UART1_TxString("Result: ");

        UART1_TxHex(res);

        UART1_TxString("rn");

        // 等待100ms后再次进行转换

        SYS_Delay(100);

    }

}

使用ADC1进行10位/12位ADC转换, 中断(interrupt)方式

下面的例子, 使用中断的方式对P1.1口进行ADC连续转换, 精度10位(或12位, MCU型号不同精度不同), 每隔0.1秒将结果输出至串口

#include "fw_hal.h"

// 16位变量用于记录转换结果

uint16_t res;

// 处理中断的方法, 使用宏定义保证Keil C51和SDCC的兼容性

INTERRUPT(ADC_Routine, EXTI_VectADC)

{

    // 先清除中断位

    ADC_ClearInterrupt();

    // 结果低8位

    res = ADC_RESL;

    // 结果高8位

    res |= (ADC_RES & 0x0F) << 8;

    // 再次启动, 使得ADC连续转换, 

    ADC_Start();

}

void main(void)

{

    // 设置系统频率

    SYS_SetClock();

    // 结果输出

    UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);

    // 设置P11高阻输入模式

    GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);

    // 使用通道: ADC1

    ADC_SetChannel(0x01);

    // ADC时钟 = SYSCLK / 2 / (1+15) = SYSCLK / 32

    ADC_SetClockPrescaler(0x0F);

    // 右对齐, 方便转换为双字节的结果

    ADC_SetResultAlignmentRight();

    // 开启全局中断和ADC中断

    EXTI_Global_SetIntState(HAL_State_ON);

    EXTI_ADC_SetIntState(HAL_State_ON);

    // 开启ADC电源

    ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);

    // 开始ADC转换

    ADC_Start();

    while(1)

    {

        // 转换结果输出

        UART1_TxString("Result: ");

        UART1_TxHex(res >> 8);

        UART1_TxHex(res & 0xFF);

        UART1_TxString("rn");

        SYS_Delay(100);

    }

}

使用ADC1, ADC2双通道进行转换, 中断(interrupt)方式

下面介绍一个更实用的例子, 中断形式进行多通道ADC转换, 可以用于无线小车遥控, 双声道音频采样等

#include "fw_hal.h"

// 用于记录当前采样的通道编号

uint8_t pos;

// 记录各通道的采样结果

uint16_t res[2];

// 中断处理方法

INTERRUPT(ADC_Routine, EXTI_VectADC)

{

    ADC_ClearInterrupt();

    // 记录采样结果

    res[pos] = ADC_RESL;

    res[pos] |= (ADC_RES & 0x0F) << 8;

    // 切换到下一个通道

    pos = (pos+1) & 0x1;

    if (pos == 0)

    {

        /**

         * 在采样频率较高时, 加上这两句能提高精度. 其机制是切换到开漏模式清除采样口上的残留电压

        GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_InOut_OD);

        GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1, GPIO_Mode_Input_HIP);

        */

        ADC_SetChannel(0x01);

    }

    else

    {

        /**

         * Uncomment these lines in high speed ADC

        GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_InOut_OD);

        GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_Input_HIP);

        */

        ADC_SetChannel(0x02);

    }

    ADC_Start();

}

// 下面的代码和前面的基本上是一样的, 就不详细注释了

void main(void)

{

    SYS_SetClock();

    // For debug print

    UART1_Config8bitUart(UART1_BaudSource_Timer2, HAL_State_ON, 115200);

    // Channel: ADC1

    ADC_SetChannel(0x01);

    // ADC Clock = SYSCLK / 2 / (1+15) = SYSCLK / 32

    ADC_SetClockPrescaler(0x0F);

    // Right alignment, high 2-bit in ADC_RES, low 8-bit in ADC_RESL

    ADC_SetResultAlignmentRight();

    // Enable interrupts

    EXTI_Global_SetIntState(HAL_State_ON);

    EXTI_ADC_SetIntState(HAL_State_ON);

    // Turn on ADC power

    ADC_SetPowerState(HAL_State_ON);

    // Set ADC1(P1.1), ADC2(P1.2) HIP

    GPIO_P1_SetMode(GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_Input_HIP);

    // Start ADC

    ADC_Start();

    while(1)

    {

        UART1_TxString("Result: ");

        UART1_TxHex(res[0] >> 8);

        UART1_TxHex(res[0] & 0xFF);

        UART1_TxChar(' ');

        UART1_TxHex(res[1] >> 8);

        UART1_TxHex(res[1] & 0xFF);

        UART1_TxString("rn");

        SYS_Delay(100);

    }

}

结束

以上就是STC8H使用FwLib_STC8封装库进行ADC转换的演示用例说明. 在实际使用中, 主动查询(polling)方式下的延时时间精度不高,

如果对采样的时间间隔精度有要求, 建议使用中断的形式.接：