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TI-ADC模式及其应用

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2024-06-04 / 0 评论 / 0 点赞 / 13 阅读 / 19382 字

TMS320x280x ADC模块是一个12位流水线模数转换器，该转换器的模拟电路，在本文称为核心，包括前端模拟多路复用器（MUXs）、采样保持（S/H）电路、转换核心、稳压器和其他模拟支持电路。数字电路在本文称为封装器，包括可编程转换序列器、结果寄存器、模拟电路接口、设备外围总线接口以及其它片上模块的接口。

Note：适用于TMS320x280x，TMS320x2801x，TMS320x2804x DSP

Note：定序器、排序器、测序器在本文指的是同一模块

1 介绍

ADC模块有16个通道，可以配置为两个独立的8通道模块，用于ePWM模块。两个独立的8通道模块可以级联成一个16通道模块。虽然有多个输入通道和两个序列器，但是ADC模块只有一个转换器。ADC模块框图如下所示：

20240124111806.png

两个8通道模块可以自动排序进行转换，每个模块都可以选择通过模拟MUX提供的8个通道中的任何一个。在级联模式下，自动排序器的功能为单个16通道定序器。在每个序列器上，一旦转换完成，所选择的通道值存储在其各自的ADC结果寄存器中。自动测序允许系统多次转换相同的通道，允许用户执行过采样算法。这种过采样比传统的单采样转换结果提供了更高的分辨率。

ADC模块的功能包括：

  • 内置双采样保持(S/H)的12位ADC核心；

  • 支持同时采样和顺序采样模式；

  • 支持模拟输入电压：0V~3V；

  • 快速转换时间运行在12.5MHz、ADC时钟或6.25Msamples；

  • 支持16通道，多通道输入；

  • 自动测序功能单个会话中提供多达16个“自动转换”，每个转换可以编程为选择16个输入通道中的任何一个；

  • 测序器可以作为两个独立的8状态测序器或作为一个大的16状态测序器（即两个级联的8状态测序器）；

  • 16个结果寄存器（可单独寻址）用于存储转换值。

输入电模拟压的数字值由下式得到；

image-20240205112731027.png

  • 多个触发器作为SOC序列的触发源；

    -- S/W 软件触发 -- ePWM1-6触发 -- 通用GPIO触发

  • 灵活的中断控制，允许在每个序列结束（EOS）或其他EOS上的中断请求；

  • 顺序可以在“启动/停止”模式下操作，允许多个“时间顺序触发器”同步转换；

  • ePWM触发器可以在双序列模式下单独操作；

  • 采样保持(S/H)采集时间窗口可以进行单独的预尺度控制；

20240124121020.png20240124121035.png

  1. 这一列中的寄存器是外围帧2寄存器。

  2. ADC结果寄存器在器件中是双映射的。外围帧2(0x7108~0x7117)中的位置是两个等待状态，并左对齐。外围帧0（0x0B00~0x0B0F）中的位置为0等待状态并右对齐。在高速/连续转换使用ADC时，使用0等待状态未知以避免丢失ADC转换值。

2 自动转换定序器工作原理

ADC定序器由两个独立的8状态定序器（SEQ1和SEQ2）组成，它们可以级联成一个16状态定序器（SEQ）。状态表示定序器自动转换的数量。单定序器模式（16状态）和双定序器（双8状态）模式如下图所示。在这两种情况下，ADC都具有自动排序转换的能力。这意味着每次ADC接收到一个开始转换请求时，它都可以自动执行多个转换。对于每次转换，可以通过MUX在16个输入通道选择任何一个可用的通道，所选通道的数值存储到相应的结果寄存器(ADCRESULTn)中。第一个存在(ADCRESULT0)中，第2个存在(ADCRESULT1)中。 可以对同一通道进行多次采样，允许执行“过采样”，这比传统的单采样转换结果提供了更高的分辨率。

Note：在顺序采样双定序器模式中，只要当前定序器的序列完成，任一定序器的待处理SOC请求就会被占用。例如：假设当来自SEQ1的SOC请求发生时，A/D转换器正在处理SEQ2的序列，A/D转换器将在完成SEQ2后立即启动SEQ1。如果来自SEQ1和SEQ2的SOC请求都处于挂起状态时，SEQ1的SOC的优先级更高，当SEQ1完成序列后，SEQ1的SOC请求立马被占用，SEQ2的SOC请求将继续等待。

20240124135239.png

单定序器模式

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双定序器模式

Note：DSP只有一个ADC。该转换器在双定序器模式下由两个定序器共享。

2.1 顺序采样模式

如下图为顺序采样模式时序图，配置ACQ_PS位设置为：0001b

20240124145120.png

2.2 同步采样模式

如下图为同步采样模式时序图，配置ACQ_PS位设置为：0001b

20240124145951.png20240124150707.png

20240124153701-170710420163412.png

20240124154234.png

顺序选择寄存器（ADCCHSELSEQn）中的CONVxx为是一个4位字段，用于指定16个通道中的任意一个进行转换。由于在级联模式下使用定序器是，一个序列中最多可以进行16次转换，因此可以使用16个这样的4位字段（CONV00-CONV15），并分布在4个16位寄存器（ADCCHSELSEQ1-ADCCHSELSEQ4）。CONVxx位可以使0~15的任意值。模拟通道可以以任何所需要的顺序选择，并且可以多次选择相同的通道。

/* Example 1-1.同步采样双定序器模式示例 */
/* 初始化 */
AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL = 0x1; // Setup simultaneous sampling mode
AdcRegs.ADCMAXCONV.all = 0x0033; // 4 double conv's each sequencer (8 total)
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0; // Setup conv from ADCINA0 & ADCINB0
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x1; // Setup conv from ADCINA1 & ADCINB1
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x2; // Setup conv from ADCINA2 & ADCINB2
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV03 = 0x3; // Setup conv from ADCINA3 & ADCINB3
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV08 = 0x4; // Setup conv from ADCINA4 & ADCINB4
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV09 = 0x5; // Setup conv from ADCINA5 & ADCINB5
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV10 = 0x6; // Setup conv from ADCINA6 & ADCINB6
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV11 = 0x7; // Setup conv from ADCINA7 & ADCINB7

/* 如果SEQ1和SEQ2都被执行，结果将会进入以下结果寄存器 */
ADCINA0 -> ADCRESULT0
ADCINB0 -> ADCRESULT1
ADCINA1 -> ADCRESULT2
ADCINB1 -> ADCRESULT3
ADCINA2 -> ADCRESULT4
ADCINB2 -> ADCRESULT5
ADCINA3 -> ADCRESULT6
ADCINB3 -> ADCRESULT7
ADCINA4 -> ADCRESULT8
ADCINB4 -> ADCRESULT9
ADCINA5 -> ADCRESULT10
ADCINB5 -> ADCRESULT11
ADCINA6 -> ADCRESULT12
ADCINB6 -> ADCRESULT13
ADCINA7 -> ADCRESULT14
ADCINB7 -> ADCRESULT15
/* Example 1-2.同步采样级联定序器模式示例 */
/* 初始化 */
AdcRegs.ADCTRL3.bit.SMODE_SEL = 0x1; // Setup simultaneous sampling mode
AdcRegs.ADCTRL1.bit.SEQ_CASC = 0x1; // Setup cascaded sequencer mode
AdcRegs.ADCMAXCONV.all = 0x0007; // 8 double conv's (16 total)
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0; // Setup conv from ADCINA0 & ADCINB0
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x1; // Setup conv from ADCINA1 & ADCINB1
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x2; // Setup conv from ADCINA2 & ADCINB2
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV03 = 0x3; // Setup conv from ADCINA3 & ADCINB3
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV04 = 0x4; // Setup conv from ADCINA4 & ADCINB4
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV05 = 0x5; // Setup conv from ADCINA5 & ADCINB5
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV06 = 0x6; // Setup conv from ADCINA6 & ADCINB6
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV07 = 0x7; // Setup conv from ADCINA7 & ADCINB7

/* 如果级联SEQ被执行，结果将进入一下结果寄存器 */
ADCINA0 -> ADCRESULT0
ADCINB0 -> ADCRESULT1
ADCINA1 -> ADCRESULT2
ADCINB1 -> ADCRESULT3
ADCINA2 -> ADCRESULT4
ADCINB2 -> ADCRESULT5
ADCINA3 -> ADCRESULT6
ADCINB3 -> ADCRESULT7
ADCINA4 -> ADCRESULT8
ADCINB4 -> ADCRESULT9
ADCINA5 -> ADCRESULT10
ADCINB5 -> ADCRESULT11
ADCINA6 -> ADCRESULT12
ADCINB6 -> ADCRESULT13
ADCINA7 -> ADCRESULT14
ADCINB7 -> ADCRESULT15

3 不间断自动排序模式

适用于8状态排序器（SEQ1或SEQ2）。在这种模式下，SEQ1/SEQ2可以在单个排序会话中自动排序8个任意通道的转换（当排序器级联到一起是为16）。如下图所示，每次转换的结果存储在早8个结果寄存器中的任意一个（SEQ1为ADCRESOULT0~ADCRESOULT7，SEQ2为ADCRESOULT8~ADCRESOULT15）。这些寄存器从最低地址填充到最高地址。

序列中的转换数量由MAX-CONVn（由ADCMAXCONV寄存器中的3位或4位字段控制），它在自动序列状态寄存器（ADCASEQSR）中自动加载到序列计数器状态为（SEQ_CNTR[3:0]）在自动序列转换会话开始时。MAX_CONVn字段的值范围可以是0~7（当排序器级联在一起时是0~15）。当序列器从状态CONV00开始并依次（CONV01，CONV02，...）直到SEQ_CNTR达到零时，SEQ_CNTR位从加载值开始计数，在自动排序会话期间完成转换的数量等于（MAX_CONVn+1）。

20240124162432.png

Example 1-3.转换在双排序模式使用SEQ1

假设需要从SEQ1进行7次转换（ADCINA2和ADCINA3各两次，然后ADCINA6、ADCINA7和ADCINA4必须作为自动排序会话的一部分进行转换），那么MAX_CONV1应该设置为6，ADCCHSELSEQn寄存器应设置为以下值。

20240124163346.png

一旦序列器接收到转换开始（SOC）触发，转换就开始了。SOC触发器也加在SEQ_CNTR位。在ADCCHSELSEQn寄存器中指定的那些通道按照预定的顺序进行转换。SEQ_CNTR位在每次转换后自动递减1.一旦SEQ_CNTR达到0，就会发生两件事，这取决于ADCTRL1寄存器中连续运行（CONT_RUN）的状态，如下图所示。

20240124163850.png

  • 如果设置了CONT_RUN位，转换序列自动重新开始（即，SEQ_CNTR在MAX_CONV1中重新加载原始值，SEQ1状态被设置为CONV00），在这种情况下，为了避免覆盖数据，必须确保在下一个转换序列开始之前读取结果寄存器。如果ADC的仲裁逻辑出现竞争，结果寄存器不会损坏（ADC模块试图将结果写入结果寄存器，但同时其它程序又试图从结果寄存器中读取）。

  • 如果没有设置CONT_RUN，那么排序器保持在最后的状态（在该示例中即为CONV06），并且SEQ_CNTR继续保持值为零，为了在下一个SOC上重复序列，必须在下一个SOC之前使用RST_SEQn位重置排序器。

如果每次SEQ_CNTR达到零（INT ENA_SEQn1和INT MOD_SEQn 0）时都设置中断标志，则可以（如果需要）在中断服务程序（ISR）中手动重置序列器（使用ADCTRL2寄存器中的RST_SEQn位）。这导致SEQn状态被重置为原始值（SEQ1为CONV00，SEQ2为CONV08）。此功能在启动和停止排序器是有用的，该示例同样的适用于SEQ2和级联的16状态排序器（SEQ）。差异参考下图。

20240124154234.png

3.1 排序器开始/停止工作

除了不间断自动排序模式外，任何排序器(SEQ1，SEQ2或SEQ)都可以在停止/启动模式下操作，该模式与多个SOC触发器同步，在时间上分开。这种模式类似于例1-3，但是一旦完成了它的第一个序列（即在ISR中没有重置序列器）就允许排序器被重新触发而不被重置到初始状态CONV00，因此当第一个转换序列结束时，排序器保持在当前转换状态。对于这种模式，ADCTRL1寄存器中的连续运行为(CONT_RUN)必须设置为0（禁用）。

Example 1-4.排序器开始/停止操作

要求：同时启动三个自动转换，触发器1（下溢）触发（如 I_1、I_2、I_3）和触发器2触发（如 V_1、V_2、V_3），触发器1和2在时间上相隔25u秒，由ePWM提供，如下图所示，只使用了SEQ1。

20240124170935.png

Note：触发器1和2是可能来自ePWM触发、外部引脚触发或者软件触发。同一个触发源可以出现两次，以满足该例子的双触发需求。必须要注意避免多个触发器使得正在进行的转换序列丢失。

这里的MAX_CONV1配置为2，ADC输入通道选择时序控制器（ADCCHSELSEQn）的设置如下表所示：

20240124172448.png

重置和初始化后，SEQ1等待触发器。对于第一个触发器，执行三个通道值的转换：CONV00(I_1)、CONV01(I_2)、CONV02(I_3)。然后，SEQ1在当前状态等待另外一个触发器。25us后，当第二个触发器到达，发生另外三个转换，通道选择之为CONV03(V_1)、CONV04(V_2 )、CONV05($V_3$)。对于这两种触发情况，MAX_CONV1的值都会自动加载到SEQ_CNTR中。如果在第二个触发点需要不同数量的转换，则必须(在第二个触发点之前的某个适当时间)通过软件更改MAX_CONV1的值否则将再次使用当前（最初加载的）值。这个可以通过中断在适当的时候改变MAX_CONV1的值来实现。在第二次自动转换会话结束时，ADC结果寄存器将具有下表的值。此时，SEQ1保持在当前状态“等待”另一个触发器。可以将SEQ1（软件）重置为CONV00状态，并重复相同的触发器1,2会话。

20240124174208.png

3.2 同步采样模式

ADC可以实现同时采样两个通道，要使用两个序列器（SEQ1、SEQ2）下的通道。两个输入必须保持相同的偏移，即ADCINA6和ADCINB6，(不包括ADCINA6和ADCINB7)。为了是的ADC进入同步采样模式，必须设置ADCTRL3寄存器的SMODE_SEL位。

3.3 顺序转换期间的中断操作

排序器可以在两种工作模式下产生中断，这些模式有ADCTRL2的Interrupt-Mode-Enable控制位决定。一个例1-4的变型可以用来展示中断模式1和模式2在不同操作条件下是如何使用的。

CASE1：第一个序列和第二个序列的样本数不相等

模式1中断操作（在每个EOS发生中断请求）

1、排序器初始化MAX_CONVn=1，用于转换 I_1、I_2;

2、在ISR“a”处，MAX_CONVn被更改为2（软件），用于转换 V_1、V_2、V_3;

3、在ISR"b"处执行以下事件

（a）MAX_CONVn再次更改为1，用于转换 I_1、I_2;

（b）从ADC结果寄存器读取 I_1、I_2和 V_1、V_2、V_3;

（C）排序器复位

4、重复2和3步骤，每次SEQ_CNTR达到零并且两个中断都被识别时都会设置中断标志。

20240124170935.png20240124195908.png

CASE2：第一个序列和第二个序列的样本数量相等

模式2中断操作（即在每个其他EOS发生中断请求）

1、排序器初始化为MAX_CONVn=2，用于转换 I_1、I_2、I_3和 V_1、V_2、V_3

2、在ISR"b"和“d”处执行以下事件：

（a）从ADC结果寄存器中读取 I_1、I_2、I_3和 V_1、V_2、V_3

（b）排序器复位

3、重复步骤2

20240124170935.png20240124201117-170710438065923.png

CASE3：第一个和第二个序列中的样本数量相等（带有假读取）

模式2中断操作（即在每个其他EOS发生中断请求）

1、对于 I_1、I_2、x（虚拟样本），排序器初始化为MAX_CONVn=2

2、在ISR"b"和“d”，发生以下事件

(1)从ADC结果寄存器中读取 I_1、I_2、x和 V_1、V_2、V_3

(2)排序器复位

3、重复步骤2。第三个样本(x)是一个虚拟样本，并不是真正需要的。然而为了最小ISR开销和CPU干预，利用模式2“每隔一次”中断请求特性。

20240124170935.png20240124202028.png

4 ADC时钟预分频器

外围时钟HSPCLK被ADCTRL3寄存器的ADCCLKPS[3:0]位分频。通过ADCTRL1寄存器的CPS位提供一个额外的2分频。此外ADC可以通过扩大采样/采样周期来适应源阻抗变化，这是由ADCTRL1寄存器中的ACQ_PS[3:0]位控制。这些位不影响S/H的转换部分和转换过程，但通过延长转换脉冲的起始时间，延长采样部分所需的时间长度。如下图所示：

20240124203114.png

4.1 ADC模块时钟和采样频率

20240124203224.png

5 低功耗模式

ADC支持3个独立的电源，每个电源都由ADCTRL3寄存器的独立位控制。这三个位组合起来构成三个功率电平：ADC上电、ADC掉电、ADC关断。

20240124203511.png

6 上电顺序

ADC复位为ADC关断状态。当给ADC上电是，使用一下顺序：

1、如果需要外部引用，使用ADCREFSEL寄存器中的15-14位启用该模式，带隙上电前必须启用该模式；

2、通过在ADCTRL3寄存器中设置7-5位（ADCBGRFDN[1:0]，ADCPWDN）,将参考电路、带隙电路和模拟电路一起上电。

3、在执行第一次转换前需要5ms的延迟。

当关闭ADC电源时，所有3bit都可以同时清除。ADC的功率电平必须通过软件进行控制，并且与器件功率模式的状态无关。若需要通过仅清除ADCPWDN位来关闭ADC的电源，同时保留带隙和参考电源。当ADC重新上电时，在执行任何转换之前设置此位后需要20us的延迟

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原理 ti ADC 笔记
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