瑞萨RA系列FSP库开发实战指南之ADC简介和结构框图

第25章

ADC——电压采集

25.1

ADC简介

ADC即模拟-数字转换器（Analog-to-digital converter），是一种用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。就比如我们可以将我们生活中的温度、压力、声音这样的模拟信号通过ADC转化为可以通过单片机处理的数字信号。

RA6M5有2个ADC单元，每个ADC单元有12位、10 位、8位读取数据的格式可以选择，在单元0上有13 个ADC通道，而在单元1上有16个ADC通道。ADC 单元具有三种扫描方式分别为：单次描模式、连续扫描模式和分组扫描模式，对于RA6M5来说ADC单元具有强大的功能，具体我们可以通过ADC特性和ADC的结构框图来分析每个部分的功能。

RA4M2有1个ADC单元，ADC单元也有12位、10 位、8位读取数据的格式可以选择，有13个ADC通道。RA2L1有1个ADC单元，ADC单元仅有12位读取数据的格式可以选择，有19个ADC通道。

ADC模块特性

以启明6M5开发板的为例，RA6M5的ADC特性如下：

2个ADC转换单元。

支持高达26个通道。其中有三组通道（AN000&AN100、AN001&AN101和AN002&AN102）分别共用相同的引脚，因此通道AN000和AN100不可同时使用，AN001和AN101、AN002和AN102这两组也同理。

支持内部温度传感器，可以检测芯片运行温度；支持测量内部参考电压。

逐次逼近型ADC，支持的分辨率：12-bit，10-bit，8-bit。

转换时间很短：0.4μs/每通道（这是在使用12-bit ADC、时钟PCLKC（ADCLK）等于50MHz的条件下）。

PCLKA是RA6M5 ADC外设模块的时钟，用于驱动外设模块的工作；而PCLKC（ADCLK）是用于A/D转换的时钟，它们的频率需要保持一定的比例。PCLKA与PCLKC（ADCLK）的时钟频率比可以设置为：1:1，2:1，4:1，8:1，1:2，1:4。

可启用的A/D数据存储缓冲区是一个环形缓冲区，由16个缓冲组成，用于顺序存储A/D转换后的数据。

注

RA4M2与RA6M5的ADC外设基本上没多大差别，而RA2L1的ADC特性差别稍微大一点。三者ADC特性的简单对比如下表所示：

表1：RA6M5/RA4M2/RA2L1的ADC特性

ADC的相关引脚或信号及其功能用途如下表所示：

表2：ADC相关引脚或信号及其功能

25.2

ADC的结构框图

RA6M5有两个ADC单元，即ADC Unit 0和ADC Unit 1；而RA4M2和RA2L1仅有一个ADC单元。实际上，RA4M2的ADC单元与RA6M5的ADC Unit 0 是基本一致的，RA2L1的ADC单元也仅有很少的区别。下面我们将以RA6M5的两个ADC单元为例来讲解ADC模块的结构框图。

RA6M5的ADC Unit 0的结构框图如下图所示：

RA6M5的ADC Unit 1的结构框图如下图所示：

对比以上ADC单元0和单元1的结构框图，可以发现两者除了参考电压引脚不同以外，其他结构几乎完全相同。

25.2.1

单元0和单元1的独立参考电压

见图中标注①处。

ADC0和ADC1的参考电压其实是独立的，这一点需要注意一下：

ADC0的参考电压为VREFH0和VREFL0；

ADC1的参考电压为VREFH和VREFL。

RA6M5的两个ADC单元每个单元都可以设置为不同的参考电压，VREFL0、VREFH0是ADC0参考电压和参考地；VREFL、VREFH是ADC1参考电压和参考地。用户在硬件设计时可以为这两个不同的ADC单元设置不同的参考电压。

电压输入范围

ADC0通道的输入电压范围为：VREFL0≤VIN≤VREFH0；

ADC1通道的输入电压范围为：VREFL≤VIN≤VREFH。

我们在设计原理图的时候一般把AVSS0和VREFL0/VREFL接地，把AVCC0和VREFH0/VREFH经过一个磁珠进行滤波之后接到3V3，因而可得到ADC的输入电压范围为：0~3.3V。如果我们想让输入的电压范围变宽，可以测试负电压或者更高的正电压，我们可以在外部加一个电压调理电路，把需要转换的电压转换到0~3.3V 的范围，这样就可以使用ADC进行测量了。

25.2.2

单元0和单元1的输入通道

见图中标注②处。

ADC的模拟输入通道：

AN0xx是ADC0的模拟输入通道（xx为通道号）；

AN1xx是ADC1的模拟输入通道（xx为通道号）。

具体的ADC通道如下：

ADC0通道：AN000~AN010，AN012，AN013（共13个通道）；

ADC1通道：AN100~AN102，AN116~AN128（共16个通道）。

总共29个ADC通道（实际可同时使用的为26个通道）

从上图中，我们还可以看到：

ADC0与ADC1之间有三组通道，即AN000和AN100、AN001和AN101、AN002和AN102分别共用了相同的物理引脚，因此通道AN000和AN100不可同时使用，AN001和AN101、AN002和AN102这两组也是一样的，不可同时使用。

25.2.3

模拟多路转换器和采样保持器

见图中标注③处。

模拟多路转换器用于对需要转换的ADC通道进行选择，从上图可以发现，使用ADC除了可以对一般通道（AN0xx或AN1xx）的电压进行测量以外，我们还可以选择对内部参考电压、内部温度传感器输出等信号进行测量。

采样保持器具有对输入的信号进行采样和保持的功能。

25.2.4

AD转换器、AD数据和控制寄存器

见图中标注④处。

ADC0和ADC1均为逐次逼近型的AD转换器。ADC 控制寄存器用于通过控制电路控制ADC外设模块的各项功能。

对于RA6M5和RA4M2来说，用户可设置ADC外设的AD转换精度为12-bit，10-bit，8-bit，相应的，AD 转换结束后保存到数据寄存器的结果对应为12-bit，10-bit，8-bit数据。对于RA2L1，其ADC外设仅支持AD转换精度为12-bit。

用户还可以设置ADC数据寄存器的保存格式为左对齐或右对齐。如下图所示。

25.2.5

控制电路以及触发输入和输出信号

见图中标注⑤处。

中断请求信号

事件输出到ELC信号

同步触发信号

异步触发信号

中断源

在AD扫描结束后，会产生一个AD扫描结束中断请求信号和ELC信号。用户还可以设置激活DTC启动数据传输，将ADC转换的结果快速传输至指定的位置。

触发源

用于触发启动AD转换的触发源包含以下的三种类型：

软件触发

来自事件链接控制器（ELC）的同步触发

通过外部触发引脚，以及ADTRG0（unit 0）和ADTRG1（unit 1）

下图为我们可以在FSP里选择的模式：