一、承上启下
在无线传感器网络中,很重要的一项就是将传感器的模拟值转换成数字量,以便于传输和处理。而ADC(Analog-to-Digital Converter)正是用来完成这种转换的。
上一节,我们介绍了CC2430与PC之间的串口通信。CC2430内部已嵌入一个温度传感器,本节将在上一节的基础上,实现一个简单的关于片内温度监测的小实验:利用ADC将片内温度传感器的电压值转换成数字量,利用公式计算出温度值,然后通过串口将温度值传送到PC上并显示出来。
二、ADC单次采样
(1)实验简介
利用ADC转换CC2430片内温度传感器的温度值,通过串口将温度值发送到PC并显示出来。
(2)程序流程图
![Zigbee之旅(六):几个重要的CC2430基础实验——ADC单次采样](http://img.e-com-net.com/image/product/c2c483d3e588429a94d89d2311236969.jpg)
(3)实验源码及剖析
/*
实验说明:片内温度采集实验,通过串口0将数据发送到PC机
*/
#include <ioCC2430.h>
#define led1 P1_0
#define led2 P1_1
#define led3 P1_2
#define led4 P1_3
/*32M晶振初始化
-------------------------------------------------------*/
void
xtal_init(
void)
{
SLEEP
&=
~
0x04;
//都上电
while(
!(
SLEEP
&
0x40));
//晶体振荡器开启且稳定
CLKCON
&=
~
0x47;
//选择32MHz 晶体振荡器
SLEEP
|=
0x04;
}
/*LED灯初始化
-------------------------------------------------------*/
void
led_init(
void)
{
P1SEL
=
0x00;
//P1为普通 I/O 口
P1DIR
|=
0x0F;
//P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 输出
led1
=
1;
led2
=
1;
led3
=
1;
led4
=
1;
}
/*UART0初始化
-------------------------------------------------------*/
void
Uart0Init(
unsigned
char
StopBits
,
unsigned
char
Parity)
{
P0SEL
|=
0x0C;
//初始化UART0端口
PERCFG
&=
~
0x01;
//选择UART0为可选位置一
U0CSR
=
0xC0;
//设置为UART模式,而且使能接受器
U0GCR
=
11;
U0BAUD
=
216;
//设置UART0波特率为115200bps
U0UCR
|=
StopBits|
Parity;
//设置停止位与奇偶校验
}
/*UART0发送字符
-------------------------------------------------------*/
void
Uart0Send(
unsigned
char
data)
{
while(
U0CSR
&
0x01);
//等待UART空闲时发送数据
U0DBUF
=
data;
}
/*UART0发送字符串
-------------------------------------------------------*/
void
Uart0SendString(
unsigned
char
*s)
{
while(
*s
!=
0)
Uart0Send(
*s
++);
}
/*UART0接收数据
-------------------------------------------------------*/
unsigned
char
Uart0Receive(
void)
{
unsigned
char
data;
while(
!(
U0CSR
&
0x04));
//查询是否收到数据,否则继续等待
data
=
U0DBUF;
return
data;
}
/*延时函数
-------------------------------------------------------*/
void
Delay(
unsigned
int n)
{
unsigned
int
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
++);
}
/*得到实际温度值
-------------------------------------------------------*/
float
getTemperature(
void)
{
unsigned
int
value;
ADCCON3
= (
0x3E);
//选择1.25V为参考电压;14位分辨率;对片内温度传感器采样
ADCCON1
|=
0x30;
//选择ADC的启动模式为手动
ADCCON1
|=
0x40;
//启动AD转化
while(
!(
ADCCON1
&
0x80));
//等待ADC转化结束
value
=
ADCL
>>
2;
value
|= (
ADCH
<<
6);
//取得最终转化结果,存入value中
return
value
*
0.06229
-
311.43;
//根据公式计算出温度值
}
/*主函数
-------------------------------------------------------*/
void
main(
void)
{
char
i;
float
avgTemp;
unsigned
char
output
[]
=
"";
xtal_init();
led_init();
led1
=
0;
Uart0Init(
0x00
,
0x00);
//初始化串口:无奇偶校验,停止位为1位
Uart0SendString(
"Hello CC2430 - TempSensor!
\r\n
");
while(
1)
{
led1
=
0;
avgTemp
=
0;
for(
i
=
0 ;
i
<
64 ;
i
++)
{
avgTemp
+=
getTemperature();
avgTemp
=
avgTemp
/
2;
//每采样1次,取1次平均值
}
output
[
0
]
= (
unsigned
char)(
avgTemp)
/
10
+
48;
//十位
output
[
1
]
= (
unsigned
char)(
avgTemp)
%
10
+
48;
//个位
output
[
2
]
=
'.';
//小数点
output
[
3
]
= (
unsigned
char)(
avgTemp
*
10)
%
10
+
48;
//十分位
output
[
4
]
= (
unsigned
char)(
avgTemp
*
100)
%
10
+
48;
//百分位
output
[5
]
=
'\0';
//字符串结束符
Uart0SendString(
output);
Uart0SendString(
"℃
\n
");
led1
=
1;
//LED熄灭,表示转换结束,
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
Delay(
20000);
}
}
关于串口通信的代码内容,请参考上一节,在此不解释~
ADC一般涉及到6个SFR:
ADCCON1 |
用于ADC通用控制,包括转换结束标志、ADC触发方式、随机数发生器 |
ADCCON2 |
用于连续ADC转换的配置(本实验不涉及连续ADC转换,故不使用此SFR) |
ADCCON3 |
用于单次ADC转换的配置,包括选择参考电压、分辨率、转换源 |
ADCH[7:0] |
ADC转换结果的高位,即ADC[13:6] |
ADCL[7:2] |
ADC转换结果的低位,即ADC[5:0] |
ADCCFG |
选择 P0.0~P0.7 作为ADC输入的 AIN0~AIN7(由于本次试验选择片内温度传感器作为转换源,不涉及AIN0~AIN7,故不使用此SFR) |
(注:以上SFR的具体内容请参考CC2430中文手册)
接下来,我们来重点关注一下 getTempurature 函数,它是获取温度值的关键:
(1)首先配置ADC单次采样:令 ADCCON3=0x3E,选择1.25V为系统电压,选择14位分辨率,选择CC2430片内温度传感器作为ADC转换源
(2)然后令 ADCCON1 |= 0x30,设置ADC触发方式为手动(即当ADCCON.6=1时,启动ADC转换)
(3)接着令 ADCCON1 |= 0x40,启动ADC单次转换
(4)使用语句 while(!(ADCCON1 & 0x80)) 等待ADC转换的结束
(5)转换结果存放在ADCH[7:0](高8位),ADCH[7:2](低6位),通过:
value
=
ADCL
>>
2;
value
|= (
ADCH
<<
6);
将转换结果存进 value 中
(6)最后利用公式 temperature= value*0.06229-311.43 ,计算出温度值并返回即可
CC2430 小贴士
你一定会对最后一个公式感到莫名其妙,为什么是一次函数?为什么其斜率为0.06229,其截距为211.43?OK,下面解惑之:
此温度传感器是位于CC2430片内的,所以必然可以在其手册中找到其介绍。果不其然,我在 电气规范 这一节中找到了相关内容,现截图如下:
此表是描述温度传感器的温度(℃)与输出电压(V)的关系。
首先看第二个红框处:温度系数。“系数”?是不是有点感觉?然后再看其单位:mV/℃,你就会恍然大悟,原来温度与电压的关系是线性的啊~ 即有:
![](http://img.e-com-net.com/image/product/0fc91ede28b64e46870d9114ee9c7f73.jpg)
其中V为输出电压值,T为温度值,2.45为斜率。下面就要确定截距b了。
乍一看,我们会在第一个红框处发现0℃时的电压为743mV,那么b就等于743?不然,继续往下看,你会发现其绝对误差达到了8℃之多!然后往右看,我们会发现它已经提供了最适合的截距,即:b=763,因此有如下公式:
![](http://img.e-com-net.com/image/product/614711e7be894ad094590509a032e3d6.jpg)
OK,现在我们已经有了温度传感器的 输入温度T 和 输出电压V 的关系,接下来必须找到ADC的 输入电压V 与 输出值N(即14位的转换结果)的关系,才可最终找到N和T的转换公式。
转换结果N是14位的,当N=11 1111 1111 1111(二进制)时,输出电压应为最大值(即参考电压1.25V)。因此我们有下面的比例关系:
(注:由于14位的输出结果是2进制的补码,因此第14位为符号位。所以从绝对值的角度来说,有效值只有13位,因此是2的13次方)
结合两式,可导出T与N的关系:
![Zigbee之旅(六):几个重要的CC2430基础实验——ADC单次采样](http://img.e-com-net.com/image/product/20323e1d2ef04270bc96879af9dec1d0.jpg)
OVER~
最后,稍微提一下为什么每次采样需要进行64循环。因为传感器在测定温度时,难免会受到干扰或者随机性的error,其得到的数据有时候会很夸张(比如说忽然出现10℃的变动,然后又瞬间回复正常。但我们知道温度的变化是一个积分的过程,很少会出现那种在瞬间产生大幅度跳跃的情况)。因此我们采用了取平均值的方法来减少此类误差。
(4)实验结果
首先打开串口调试工具,然后下载程序并启动,就会出现如下画面:
片内温度大概在14.5℃左右。笔者用身体感受寝室的室温,大概在10℃多一点。芯片内部多少要发点热,所以14℃基本正常啦~
到此,实验结束。
三、结语
本篇介绍了ADC单次采样的实现。下一节,我们来介绍一种数据传输模式 DMA(direct memory access),即“直接内存存取”。ADC/UART/RF收发器等外设单元和存储器件之间,可以直接在“DMA控制器”的控制下交换数据而几乎不需要CPU的干预,因此可大大提高了系统的整体效率。
敬请期待!
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