μC/OS-II实时内核下的A/D驱动程序设计 02 程序设计, 寄存器

samwalton

ADCoversion Complete ISR {

保存全部CPU寄存器； /*将CPU的PSW、ACC、B、DPL、DPH及Rn入栈*/

通知内核进入ISR（调用OSIntEnter（）或OSIntNesting直接加1）；

发送ADC转换完成信号； /*利用μC/OS-II内核的OSSemPost()*/

通知内核退出ISR（调用OSIntExit（））；

恢复所有CPU寄存器；/*将CPU的PSW、ACC、B、DPL、DPH及Rn出栈*/

执行中断返回指令（即RETI）；

}

       在这种方法里，要求ISR执行时间与调用等待信号的时间之和为A/D转换时间。

       如果A/D转换时间小于处理中断时间与等待信号所需的时间之和，则可以用第三种方法。如图3所示，前两步（①②同以上两种方法）结束后，驱动程序接着在一个软件循环中等待（③）ADC直到完成转换。在循环等待时，驱动程序检测ADC的状态（BUSY）信号。如果等待时间超过设定的定时值（软件定时），则结束等待循环（循环等超时）。如果在循环等待中，检测到ADC发出转换结束的信号（BUSY）时，驱动程序读取ADC转换结果（④）并将结果返回到应用程序（⑤）。驱动程序伪代码如下：

ADRd（ChannelNumber）{

选择要读取的模拟输入通道；

等待AMUX输出稳定；

启动ADC转换；

启动超时定时器；

while(ADC Busy & Counter 0)；/*循环检测*/

if(Counter==0){

*err=信号错误；

return；

}else{

读取ADC转换结果并将其返回到应用程序；

}

}

A、D转换速度快，这种驱动程序的实现是最好的。


2 C8051F015单片机的A/D转换器

2.1 C8051C015单片机

       C8051C015的美国Cygnal公司新推出的高速SOC型C8051Fxxx系列单片机。它的内核CIP-51与MCS-51的指令集完全兼容，CIP-51的系统时钟频率在0～25MHz。C8051Fxxx系列单片机采用流水线结构，与标准的8051相比，指令执行速度有很大的提高。CIP-51内核的指令执行时间是以系统时钟为单位，70%的指令执行时间为1个或2个系统时钟周期。C8051F015具有32KB的内存、2304B的RAM（片内256B、片外2048B）。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，片上还集成有9通道10位A/D转换接口电路、SMBus/I2C、SPI串行接口。

2.2 C8051F015的A/D转换电路

C8051F015的A/D转换电路包括1个9通道可配置模拟多路开关AMUX（8路用于外部模拟输入、1路用于芯片环境温度的测量）、1个可编程增益放大器PGA和1个100ksps 10位分辨率的逐次逼近型ADC。A/D中还集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。

ADC有4种启动方式：软件命令、定时器2溢出、定时器3溢出及外部信号输入。寄存器ADC0CN是配置启动和跟踪方式的控制寄存器。每次转换结束时，ADC0CH的ADBUSY（忙标志）的下降沿触发中断，也可用软件查询这个状态位。

2.3 ADC转换速度

C8051Fxxx系列单片机中ADC的速率都是可编程设置的。表1给出了所需最小分频系数与SYSCLK（系统时钟）的关系（ADC0CF为ADC配置寄存器）。

表1 ADC时钟分频系数与SYSCLK频率的关系

SYSCLK频率/MHz ADC时钟分频系数 ADC0CF的ADCSC2～1
时钟频率<2.5 1 000
2.5～5 2 001
5～10 4 010
10～20 8（复位值） 011
时钟频率>20 16 1xx


在C8051F015单片机中，ADC的转换时钟周期至少在400ns，转换时钟应不大于2MHz。一般在启动ADC之前都要处于跟踪方式，而ADC一次转换完成要用16个系统时钟。另外，在转换之前还要加上3个系统时钟的跟踪/保持捕获时间，所以完成一次转换需19个ADC转换时钟（9.5μs）。

图1中的方法简单，转换时间在ms级以上，一般用于变化慢的模拟输入信号，不适用于C8051F015。图2中的方法，为了减少μC/OS-II内核调用ISR所用时间，ISR一般都用于汇编语言编写。从程序1中ISR伪代码可以看出，尽管ISR用汇编语言编写。代码效率高，但μC/OS-II调用ISR的时间与调用等待信号时间之和大于A/D的转换时间，所以CPU用于ISR和循环检测的开销大。

图3所示的方法显然适合于C8051F015单片机，其优点是：可以获得快速的转换时间；不需要增加一个复杂的ISR；转换时信号改变时间更短；CPU的开销小；循环检测程序可被中断，为中断信号服务。




3 A/D驱动程序的编写

外设驱动程序是实时内核和硬件之间的接口，是连接底层硬件和内核的纽带。编写驱动程序模块应满足以下主要功能：①对设备初始化；②把数据从内核传送到硬件从硬件读取数据；③读取应用程序传送给设备的数据和回送应用程序请求的数据；④监测和处理设备出现的异常。

A/D转换电路作为一个模拟输入模块，μC/OS-II内核应把它作为一个独立的任务（以下称为ADTask()）来调用。A/D驱动程序模块流程如图4所示。ADInit（）初始化所有的模拟输入通道、硬件ADC以及应用程序调用A/D模块的参量，并且ADInit（）创建任务ADTask（）。ADTb1[]是一个模拟输入通道信息、ADC硬件状态等参数配置以及转换结果存储表。ADUpdate（）负责读取所有模拟输入通道，访问ADRd（）并传递给它一个通道数。ADRd（）负责通过多路复用器选择合适的模拟输入，启动并等待ADC转换，以及返回ADC转换结果到ADUpdate（）。

在μC/OS-II这时内核下各原型函数、数据结构和常量的定义如下：

INT16S ADRd（INT8U ch）；

/*定义如何读取A/D，A/D必须通过AIRd（）来驱动*/

void ADUpdate（void）；

/*一定时间内更新输入通道*/

void ADInit(void)；

/*A/D模块初始化代码，包括初始化所有内部变量（通过ADInit（）初始化ADTb[]），初始化硬件A/D（通过ADInitI（））及创建任务ADTask（）*/

void ADTask （void data）;

/*由ADInit()创建，负责更新输入通道（调用ADUpdate ()）*/

void ADInitI (void)；

/*初始化硬件A/D*/

AD_TaskPrio:设置任务ADTask()的优先级。

AD_TaskStkSize:设置分配给任务ADTask()的堆栈大小。

AD_MaxNummber:AMUX的输入通道数。

AD_TaskDly:设定更新通道的间隔时间。

AD ADTbl[AD_MaxNummber]：AD类型的数组（AD是定义的数据结构）。