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- UID
- 139483
- 性别
- 男
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TI的MSP430微控制器包含430X1X、430X31X、430X32X、430X33X等型号，使用者可根据不
同应用目标作有针对性的选择。MSP430系列微控制器在性能上有一定特色，如低功耗、
高抗干扰、高集成度等。其中的430X32X有片内14位A/D，并可提供内部的参考电压。本
文将介绍应用MSP430X32X片内A/D转换器原理及需注意的问题。
MSP430X32X的14位A/D
430X32X片内A/D有8通道(A0～7)，但目前的型号(323、325、325A)引脚上只有A0 ～5。
其中A0～3可编程为恒流源工作，适合于外接电阻性、无源传感元件的应用场合。SVCC端
是A/D转换的参考电压端，它可连接于片内的AVCC，也可由外部稳压源提供。
与A/D工作有关的主要有4个SFR。即ADAT、AIN、AEN和ACTL，均为16位。
12位与（12+2）位精度转换
A/D转换采用逐位逼近原理，由内部一个电阻网络和一个开关电容网络配合D/A及比较器
等电路来实现，时钟ADCLK控制转换的进程。转换过程经过两步，首先通过电阻阵列分压
值与输入信号的比较来确定输入信号电压范围，这个电压范围是将参考电压分成4等分，
由低到高分别称为范围A、B、C和D；然后由开关电容阵列逐位改变电容量，来搜索与输
入信号最接近的电压值，由于电容量是以2进制幂排列的，完成搜索后开关的接通状态即
为输入信号的A/D转换值。实际上是由电阻网络确定了转换值的高2位，由开关电容网络
确定了转换值的低12位。
当启动转换时在ACTL中设定了信号电压范围，实际已确定了转换数据的高2位，经过电阻
网络的高2位判别就不必进行了，因此转换速度较快。并且ADAT中的转换数据也只出现低
12位。这时称为12位精度转换。它的转换时间为96个ADCLK周期。而如果启动转换时在
ACTL中设定为自动搜索输入信号电压范围，ADAT中将出现全部14位转换数据，这时称为（
12+2）位精度转换，转换时间要增加到132个ADCLK周期。
恒流源工作方式
当输入信号的获得是经过电阻型传感元件实现时，例如采用应变片、热敏电阻等传感元
件的检测系统，A/D输入端中的A0～A3，可以编程为恒流源输出端对传感元件供电，使输
入电路简化。要实现这一方式，除了要对ACTL定义外，还要在引脚SVCC和REXT之间连接
一个外接电阻，以构成恒流源，恒流由A/D输入端输出。这时检测的信号是恒流在传感元
件上的电压值。关系为Vin=0.25×SVCC×Rsen/Rext。其中，SVCC是参考电压，Rsen是传
感元件电阻，Rext是构成恒流源的外接电阻，Vin即为在传感元件上检测到的电压值。
如何提高A/D的精度
当A/D转换的精度较高时，数据低位受干扰的可能性也增大了。14位A/D与8位A/D在这一
点上有明显的差别。从理论上讲，14位A/D对噪声的敏感程度要比8位大36dB。设计相关
电路时必须非常仔细，否则将无法发挥高精度A/D的性能。影响A/D转换精度的因素很多
，主要涉及SVCC、供电电路、接地、相邻通道信号、输入信号源特性等。
SVCC对转换精度的影响是直接的，它的不稳定或误差将直接导致信号转换结果的误码。
SVCC可以外接稳压源，也可以经内部开关连接到AVCC。两种来源都要求提供非常稳定、
精确的电压值。如果把与数字电源DVCC连接在一起的AVCC作SVCC源，将难以保证参考电
压的质量。采取以下措施有一定帮助：在SVCC端上加滤波电路；利用一个空闲的信号输
入端对SVCC的精密分压点作检测，以确定当前的实际SVCC值。
在MSP430X32X的引脚中，模拟和数字的供电是分开的，包括AVCC、AGND、DVCC、DGND等
引脚。为保证A/D转换精度，在电路中不应将它们简单地连接在一起。分成两组电源供电
是比较理想的，但是在实际电路设计中往往难以做到这一点。可采用在AVCC与DVCC间加
LC滤波退耦电路来隔离。在AGND与DGND间串入反向并联的二极管对可使两点在电压差低
于0.7V时处于断开状态。
AGND与DGND的布线应满足一点接地，要避免出现数字电路与模拟电路有公共回路。
当空闲的信号输入端用作数字通道时，要防止它对相邻模拟通道产生干扰。这种干扰是
经通道间电容引入的。避免的方法是在A/D转换期间不让数字通道出现信号跳变。
由于A/D转换过程利用了开关电容网络，当信号源的内阻过大时会因为RC常数过大而影响
转换精度。A/D输入端的等效输入阻抗大约相当于2k电阻与42pF电容的串联电路。ADCLK
为1MHz时，信号源内阻需低于27.4k才能保证转换精度。当模拟输入信号需要作长线传输
时，应采用双绞线或屏蔽线等传输方式，以避免传输过程中的干扰引入。
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