Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

• Регистры состояния. Двухбайтовый регистр состояния содержит группу флагов, которые отражают текущее состояние модуля ATD: находится ли он в состоянии преобразования, какой канал преобразуется, или все преобразования уже завершены.

• Регистры результата. Модуль ATD содержит восемь 8-разрядных регистров результата (по числу аналоговых входов модуля). После завершения очередного преобразования полученный код загружается в соответствующий номеру канала регистр результата ADR0H…ADR7H.

• Тестовые регистры. Двухбайтовый регистр ATDTEST предназначен для специальных операций в процессе обязательного тестирования МК на фабрике-производителе. Доступ к этому регистру возможен только в специальном режиме работы МК. В обычном пользовательском режиме работы этот регистр для чтения и для записи недоступен.

Приступим теперь к более подробному рассмотрению формата регистров специальных функций модуля ATD.

Группа регистров управления

Эта группа регистров предназначена для управления режимами работы модуля аналого-цифрового преобразования. Группа объединяет шесть регистров управления ATDCTL0…ATDCTL5. Один из регистров (ATDCTL2) используется для включения модуля ATD в работу, поскольку аппаратные средства МК при выходе из состояния сброса отключают этот модуль для уменьшения энергии потребления. После того, как модуль ATD включили, следует выдержать паузу в 100 мкс, прежде чем подавать сигнал начала преобразования. Задержка в 100 мкс необходима, чтобы завершились переходные процессы включения в аналоговых цепях модуля. Регистры управления используются для выбора между режимами однократного или многократного преобразования, а также для назначения номера канала, подлежащего оцифровке. В режиме многократного преобразования может быть запрограммирована последовательность номеров каналов, которые будут оцифровываться друг за другом автоматически, без дополнительного вмешательства прикладной программы. Или многократные измерения могут проводиться для одного канала. Регистры управления 0, 1 и 3 по своему функциональному назначению используются достаточно редко, поэтому мы рассмотрим их кратко. Напротив, регистры 2, 4 и 5 активно используются в прикладных программах, поэтому будут рассмотрены подробно.

Регистры управления ATDCTL0 и ATDCTL1

Регистр управления ATDCTL0 располагается в памяти по адресу $0060. Этот регистр предназначен для принудительного останова аналого-цифрового преобразования, для чего в регистр под управлением программы должен быть записан определенный код. Этот режим крайне редко используется в прикладных программах. Не будем использовать его и мы в наших учебных примерах. Регистр управления ATDCTL1 располагается в памяти по адресу $0061. Он используется только в специальных случаях тестирования ИС МК.

Регистр управления ATDCTL2

Рис. 4.84. Формат регистра ATDCTL2

Регистр управления ATDCTL2 располагается в памяти по адресу $0062. Этот регистр в первую очередь используется для включения модуля ATD. Он также содержит флаг окончания преобразования и несколько битов разрешения режимов. Формат регистра приведен на рис. 4.84. Назначение отдельных битов регистра следующее:

ADPU:

Бит разрешения работы модуля ATD. После сброса бит ADPU установлен в 0, и модуль ATD отключен от системы питания. Для включения модуля следует установить бит ADPU в 1. Модуль ATD будет готов к работе через 100 мкс.

AFFC:

Бит выбора режима сброса флагов модуля ATD. Если этот бит установлен в 0, то все установленные флаги сбрасываются обычным способом, т.е. посредством записи 1 в разряд установленного флага. Если же бит установлен в 0, то для всех флагов модуля разрешается как обычный способ сброса, так и ускоренный. Ускоренный способ сброса для каждого флага будет рассмотрен несколько позже.

AWAI:

Бит разрешения работы модуля ATD, когда микроконтроллер находится в состоянии пониженного энергопотребления типа WAIT. Если бит установлен в 0, то модуль ATD продолжает свою работу в состоянии WAIT. При AWAI = 1 работа модуля ATD с состоянии WAIT приостанавливается для понижения энергопотребления.

ASCIE:

Бит разрешения прерывания по флагу окончания преобразования АЦП. Если этот бит установлен в 1, и флаг окончания преобразования ASCIF установился в 1, то генерируется запрос на прерывание. Если бит ASCIE = 0, то прерывания по флагу ASCIF запрещены и его состояние следует контролировать программно.

ASCIF:

Флаг окончания преобразования АЦП. Автоматически устанавливается в 1, если ранее начатое аналого-цифровое преобразование завершено, и полученный код загружен в один из регистров результата. Если прерывания по данному флагу разрешены (ASCIE = 1), то генерируется запрос на прерывание.

Генерация запроса на прерывание с собственным вектором особенно полезна при работе модуля ATD в режиме измерительной сессии. В этом режиме АЦП выполняет несколько последовательных преобразований после единственного запуска под управлением программы. При использовании прерывания МК в течение всего времени преобразования может исполнять другие действия прикладной программы управления. Когда многократное аналого-цифровое преобразование будет завершено, установится флаг окончания преобразования ASCIF, будет выставлен запрос на прерывание, и МК, исполняя подпрограмму прерывания, считает коды оцифровки из регистров результата в память МК. Альтернативой такой организации взаимодействия прикладной программы с модулем ATD является многократный опрос флага ASCIF после программного запуска АЦП. Когда программа обнаружит, что флаг установился, регистры результата как и в предыдущем случае будут считаны. Однако в течение всего времени преобразования МК будет занят обслуживанием АЦП и не сможет исполнять других фрагментов прикладной программы.

Регистр управления ATDCTL3

Регистр управления ATDCTL3 располагается в памяти по адресу $0063. Этот регистр содержит два бита FRZ1:FRZ0, которые используются для организации работы АЦП в отладочном режиме работы.

Регистр управления ATDCTL4Формат регистра ATDCTL4

Рис. 4.85.

Регистр управления ATDCTL4 располагается в памяти по адресу $0064. Формат регистра управления ATDCTL4 приведен на рис. 4.85. Этот регистр позволяет регулировать время выборки для устройства выборки и хранения на входе АЦП последовательного приближения. Полное время преобразования 8-разрядного АЦП в составе модуля ATD складывается из четырех интервалов:

• Интервал начального запуска, состоит из 2 периодов частоты тактирования модуля ATD;

• Неизменяемый интервал выборки аналогового сигнала, состоит из 4 периодов частоты тактирования модуля ATD;

• Регулируемый интервал выборки аналогового сигнала, его длительность программируется посредством установки битов SMP1:SMP0 в регистре управления ATDCTL4;

• Интервал преобразования напряжения на выходе устройства выборки и хранения аналого-цифровым преобразователем, состоит из 10 периодов частоты тактирования модуля ATD.

Рис. 4.86. Структура системы тактирования модуля ATD

Структурная схема подсистемы тактирования модуля ATD представлена на рис. 4.86. На вход подсистемы поступает импульсная последовательность PCLK с частотой f_BUS. Эта импульсная последовательность поступает на вход программируемого делителя частоты.

Частота тактирования модуля аналого-цифрового преобразования ATDclock формируется из PCLK путем деления двумя делителями частоты. Коэффициент деления первого делителя переменный, определяется пятью битами PRS4…PRS0 регистра ATDCTL4. Численное значение коэффициента равно десятичному эквиваленту пятиразрядного двоичного кода PRS4…PRS0 плюс 1.

Например, если в разрядах PRS4…PRS0 записан код 00101b, то коэффициент деления равен шести (5+1). Коэффициент деления второго делителя равен двум. Поэтому в рассматриваемом примере частота тактирования модуля ATD составит f_BUS/12.

Биты SMP1:SMP0 определяют регулируемый интервал выборки аналогового сигнала. Мы уже установили, что полное время одного аналого-цифрового преобразования равно 16 периодов частоты модуля ATD плюс регулируемый интервал выборки. На рис. 4.87 представлены четыре возможные комбинации кодов в разрядах SMP1:SMP0 и соответствующие им времена регулируемого интервала выборки и полного времени преобразования. Из рис. 4.87 следует, что минимальное время одного аналого-цифрового преобразования составляет 18 периодов, а максимальное — 32 периода частоты тактирования модуля ATD.