Diagrama del Conversor Análogo-Digital

Transcripción

1 Conversor Análogo-Digital (ADC12) del MSPF149 Descripción [1,2] El microcontrolador MSPF149 tiene un conversor análogo-digital (ADC12) con las siguientes características: 12 bits. Tasa de muestreo máxima: 200 KHz. Períodos de muestreo programables, controlados por software o por timers. Inicio de la conversión por software, o por temporizadores (Timer A o B). Término de la conversión genera interrupciones para alertar al procesador. Generación de referencias configurable por software. Referencia positiva externa o interna, de 1.5 o 2.5 V esta última. Referencia negativa externa o tensión de tierra negativa. 8 canales de entrada, configurables independientemente. 4 señales internas: sensor de temperatura interna y niveles de voltajes de referencia. Fuente de reloj de conversión ajustable. 4 modos de conversión: un canal, un canal repetido, secuencia de canales, secuencia repetida de canales. Registro con un vector de 18 interrupciones. 16 registros de almacenamiento del resultado de la conversión. Diagrama del Conversor Análogo-Digital

2 Operación del ADC12 [1] El ADC12 convierte una entrada analógica a su representación digital de 12 bits y guarda el resultado en la memoria de conversión. Para esto, se utilizan dos niveles de voltaje (V R+ y V R- ) para definir los límites máximo y mínimo de la conversión. La salida digital (N ADC ) toma el valor 0xFFF si la señal de entrada (V in ) es mayor o igual a V R+ y es igual a cero si la señal de entrada es menor o igual que V R-. Para los otros casos, el valor de la conversión queda dado por la fórmula: El ADC12 es configurado mediante dos registros de control: ADC12CTL0 y ADC12CTL1. Es habilitado con los bits ADC12ON y ENC. Por tanto, el ADC12 puede ser apagado cuando no está en uso para disminuir el consumo. Reloj El reloj para la conversión es denominado ADC12CLK y sus fuentes pueden ser SMCLK, MCLK, ACLK o el oscilador interno ADC12OSC. Este último está en el rango de los 5 MHz, pero varía según el dispositivo, el voltaje de alimentación y la temperatura. Cualquiera sea la fuente escogida, puede ser dividida por un factor de 1 hasta 8 mediante los bits ADC12DIVx. Entradas y multiplexor Las señales análogas (8 externas y 4 internas) son seleccionadas para la conversión mediante el multiplexor de entradas analógicas. El diseño del multiplexor permite minimizar el crosstalk, la inyección de ruido debido a la conmutación entre canales. Las entradas del ADC12 están multiplexadas con los pines del puerto P6, que son puertas digitales CMOS. Al aplicar señales análogas a puertas CMOS, es posible el flujo de corrientes parásitas entre Vcc y tierra. El deshabilitar el buffer de entrada de cada pin elimina este efecto y permite reducir el consumo total de energía. Esto se realiza mediante los bits P6SELx. Generación Voltaje de Referencia El seteo de REFON = 1 permite habilitar la referencia interna. El bit REF2_5V permite seleccionar entre 2.5 V (REF2_5V = 1) o 1.5 V (REF2_5V = 0). Referencias externas pueden ser conectadas a los pines V R- y V R+ y V E+. Muestreo y tiempos de conversión La conversión análoga a digital se inicia con un canto de subida de la señal interna SHI. Las fuentes de esta señal son: Bit ADC12SC, controlado por software Etapa de salida 1 del Timer_A Etapa de salida 0 del Timer_B Etapa de salida 1 del Timer_B

3 La polaridad de la fuente de la señal SHI puede ser invertida mediante el bit ISSH. La señal SAMPCON controla el período de muestreo y el inicio de la conversión. Al estar SAMPCON en alto, el muestreo está activo. La transición alto-bajo de SAMPCON inicia la conversión análogo a digital, que requiere 13 ciclos de ADC12CLK. El bit de control SHP permite elegir entre dos métodos de muestreo: Modo extendido (SHP = 0) Tiempos en modo extendido. En este modo, la señal SHI controla directamente a SAMPCON y define la longitud del período de muestreo (t sample ). Al estar SAMPCON en alto el muestreo está activo; su transición a estado bajo junto con la sincronización con ADC12CLK gatillan la conversión. Modo de pulso (SHP = 1) La señal SHI es utilizada en este caso para disparar el temporizador de muestreo. Los bits SHT0x y SHT1x del registro ADC12CTL0 controlan el intervalo del temporizador de muestreo que define el período de SAMPCON. El temporizador mantiene a SAMPCON en alto luego de la sincronización con ADC12CLK para un intervalo programado de t sample. El tiempo total de muestreo es entonces t sample + t sync. Tiempos en modo pulso

4 Consideraciones del tiempo de muestreo Cuando SAMPCON = 0, todas las entradas análogas Ax están en alta impedancia. Si SAMPCON = 1, la entrada Ax seleccionada puede ser modelada como un filtro RC pasabajos durante el tiempo de muestreo t sample, de acuerdo a la figura: V I : V C : voltaje de carga de C I voltaje de entrada en pin Ax V S : fuente de voltaje externa R S : resistencia de fuente externa R I : resistencia interna de MUX C I : capacitancia de entrada Circuito equivalente de la entrada análoga La fuente ve una resistencia interna del multiplexor activo (R I, máx. 2 kω) en serie con C I (máx. 40 pf). R S y R I afectan el tiempo de muestreo t sample. El tiempo mínimo de muestreo para una conversión de 12 bits se obtiene a partir de la ecuación: Sustituyendo los valores máximos de R I y C I, se llega a: Entonces, si R S es por ejemplo de 10 kω, t sample debe ser mayor a 4,33 µs. Memoria de conversión La memoria de conversión consiste en 16 registros que almacenan los resultados de las conversiones (ADC12MEMx). Cada uno de estos registros tiene asociado un registro de control ADC12MCTLx. Los bits SREFx definen el voltaje de referencia y los bits INCHx seleccionan el canal de entrada. El bit EOS define el término de la secuencia si se ha seleccionado el modo de conversión secuencial. Cuando el bit EOS en el registro ADC12MCTL15 no está seteado, la secuencia va de ADC12MEM15 a ADC12MEM0. Los bits CSTARTADDx definen el primer ADC12CTLx usado para cualquier conversión. Si el modo de conversión es de un canal o de un canal repetido, el CSTARTADDx apunta al único ADC12CTLx a ser usado. Si el modo de conversión es de secuencia de canales o de secuencia repetida, CSTARTADDx apunta a la primera ubicación ADC12MCTLx a ser usada en la secuencia. Un puntero (no visible por software) es incrementado automáticamente al siguiente ADC12MCTLx cuando cada conversión se completa. La secuencia continúa hasta que sea procesado un bit EOS en ADC12MCTLx.

5 Modos de conversión Como ya se ha señalado, el ADC12 tiene 4 modos de operación seleccionados por los bits CONSEQx. Esto se ve en la siguiente tabla [2]: Modos de conversión. Para mayor detalle acerca de cada uno de estos modos de conversión, consultar [1]. Término de las conversiones La detención de la actividad del ADC12 depende del modo de conversión utilizado. Las maneras recomendadas para detener una conversión activa o una secuencia de conversión son: Resetear ENC en el modo 00 detiene la conversión inmediatamente y los resultados son impredecibles. Para que los resultados sean correctos, revisar el bit busy antes de resetear ENC. Resetear ENC durante la operación en el modo 10 detiene el conversor al final de la conversión actual. Resetear ENC en los modos 01 o 11 detiene el conversor al final de la secuencia. Cualquier modo de conversión puede ser detenido en forma inmediata seteando CONSEQx = 0 y reseteando el bit ENC. Los datos de conversión no son confiables. Interrupciones El ADC12 tiene 18 fuentes de interrupciones: ADC12IFG0- ADC12IFG15 ADC12OV, ADC12MEMx overflow ADC12TOV, ADC12 overflow del tiempo de conversión. Los bits ADC12IFGx se setean cuando su correspondiente registro de memoria ADC12MEMx ha almacenado un resultado de conversión. Se genera entonces una interrupción si el bit ADC12IEx correspondiente y el bit GIE están seteados. La condición ADCOV ocurre cuando un resultado de conversión es escrito en cualquier ADC12 MEMx antes que el resultado de conversión previo fuese leído. La condición ADCTOV se genera cuando existe una petición de una nueva operación de muestreoconversión, antes que la conversión actual se haya completado.

6 Vector de Interrupciones (ADC12IV) Todas las interrupciones van al mismo vector, ADC12IV, el que es utilizado para saltar en forma rápida a la rutina de atención que corresponda. La interrupción habilitada de más alta prioridad genera un número en el registro ADC12IV. Este número puede ser evaluado o sumado a PC para entrar automáticamente a la rutina apropiada de software. Las interrupciones deshabilitadas no afectan el valor de ADC12IV. Cualquier acceso (lectura o escritura) del registro ADC12IV resetea automáticamente las condiciones ADC12OV o ADC12TOV si alguna de ellas era la interrupción pendiente de mayor prioridad. Ninguna de estas condiciones de interrupción tienen flags accesibles. Los flags ADC12IFGx no se resetean por un acceso al registro ADC12IV. Estos bits se resetean automáticamente accediendo el registro ADC12MEMx correspondiente, o bien por software. Si luego de servir a una interrupción existe otra interrupción pendiente, se genera una nueva interrupción. Por ejemplo, si las interrupciones ADC12OV y ADC12IFG3 están pendientes cuando la rutina de servicio de interrupciones accede al registro ADC12IV, la condición de interrupción ADC12OV es reseteada automáticamente. Luego de ejecutada la instrucción RETI de la rutina de servicio de interrupciones, ADC12IFG3 genera una nueva interrupción. Referencias [1] MSP430x1xx User`s Guide, Texas Instruments. Disponible: [2] Técnicas de Diseño con Microcontrolador MSP430, Zúñiga, J. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Electrónico. Profesor Guía: Silva, L

7 ANEXO: Ejemplo de muestreo con ADC12 /* Tomado del código easyweb.c, autor: A. Dannenberg */ // Muestrea y retorna el valor de conversión A/D del canal 7 // (asociado con el pin P6.7, se asume inicialización de osc y puertos) unsigned int GetAD7Val(void) { ADC12CTL0 = ADC12ON SHT0_15 REF2_5V REFON; // ADC on, ref. int. ON (2,5 V), modo 00 ADC12CTL1 = ADC12SSEL_2 ADC12DIV_7 CSTARTADD_0 SHP; // MCLK / 8 = 1 MHz ADC12MCTL0 = SREF_1 INCH_7; // ref. int, canal 7 ADC12CTL0 = ENC; ADC12CTL0 = ADC12SC; while (ADC12CTL0 & ADC12SC); ADC12CTL0 &= ~ENC; return ADC12MEM0 / 41; } // habilita conversión // muestrea & convierte // espera término de la conversión // deshabilita conversion // escala a porcentaje 0-100% sobre ref