MSP430 SD16_A的采样速率的研究

只看该作者 · 2016-9-21 20:35

之前已经对MSP430F4250的SD16_A进行了入门级的了解和设置，但由于项目有要求：
AD——模拟信号频率范围100~20kHz，采样率40kHz，16bit采样
所以，需要设置采样率为40KHz，百转千回后得到了如下结论：
1.需要配置FFL+：
主要寄存器：
（1）FLL_CTL0：
一般官方给出的代码是
FLL_CTL0 |= XCAP14PF;
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但是其实还有一位关于时钟频率比较重要的：DCOPLUS
为什么要设置它？
因为DCO的频率是直接给MCLK和SMCLK的，那么这一位的含义是什么？
参考MSP430X4XX User's Guide
比较重要的说明是，默认情况下DCOPLUS = 0并且D = 2，其实D的含义是（Divider的意思），所以总的来说，默认情况下你的DCO时钟频率=晶振频率*(N+1)/2，为了提高时钟频率，设置DCOPLUS = 1,即DCO output is not divided，不进行默认的分频，可提高2倍时钟频率。
（2）SCFQCTL和SCFI0：
之所以把它们放在一起讲，因为User's Guide手册上给出的官方倍频代码为：
BIC #GIE,SR ; Disable interrupts
MOV.B #(64−1),&SCFQCTL ; MCLK = 64 * ACLK, DCOPLUS=0
MOV.B #FN_2,&SCFI0 ; Select DCO range
BIS #GIE,SR ; Enable interrupts
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具体含义是SCFQCTL为倍频因子，SCFI0用于设定频率范围，具体参考User's Guide手册吧。
2.已经得到了系统时钟频率MCLK和外设时钟频率SMCLK，在AD上具体还能如何设置：
SD16CTL = SD16REFON+SD16SSEL0;          // 1.2V ref, SMCLK
SD16INCTL0 = SD16INTDLY_3;
SD16CCTL0 |= SD16OSR_32 + SD16IE;       // Enable interrupt
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首先设置SD16CTL，主要用于选择时钟和选择分频因子，SD16SSEL0就是选择SMCLK（已经是最快了），设置SD16INCTL0选择通道0每次采样结束产生中断（事实上，测量中设置每4次采样产生一次中断，中断频率也没有任何变化，暂时不知如何解释），设置SD16CCTL0的过采样率SD16OSR_32，设置过采样率为最低也能提高采样率，但是会降低采样精度。参考Use's Guide：
更具体的AD时钟再参考时钟部分的框图：
其实fm就是SMCLK通过层层分频（上述笔者代码设置的分频系数为0，不分频，具体参考SD16CTL寄存器说明）得到的频率，User's Guide在贴图文字中提到Sample frequency  fs = fm/OSR，那么自然，笔者把SD16CCTL0的OSR位设置为最低的32，就能得到最高的采样频率了。
除了时钟之外，通过SD16_A的框图还能了解到它内部存在的高阻抗Buffer和前置放大器（过采样数字滤波之前讨论fs时的截图中也有说明），放大器很容易理解，那么高阻抗Buffer有什么用（User's Guide）：
总结来说高阻抗Buffer可以抗采集到的输入数据的锯齿现象，但是它的设置和fm的频率有关，虽然笔者没有使用，但是却是SD16_A中一个重要组成部分。

首先解释前一篇对MSP430 AD研究的博文代码：
fm = 1MHz，fs = 1MHz/256 = 3.9KHz，约256us会产生一次中断，最后得到的结果为224us，误差0.125，还是有说明价值的。（纯属个人见解）
最后是笔者得到接近200KHz采样率的代码：
#include  <msp430x42x0.h>

#define Num_of_Results 80

/* Arrays to store SD16_A conversion results */
/* NOTE: arrays need to be global to    */
/*    prevent removal by compiler    */
static unsigned int results[Num_of_Results];

void main(void)
{
  volatile unsigned int i;                // Use volatile to prevent removal
                                          // by compiler optimization

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                // Stop WDT
  FLL_CTL0 |= XCAP14PF+DCOPLUS;                   // Configure load caps
  SCFQCTL = SCFQ_4M;
  SCFI0 |= FN_8;//MCLK = SMCLK = 8MHz
  for (i = 0; i < 10000; i++);             // Delay for 32 kHz crystal to
                                          // stabilize
  P1SEL = 0;                               //GPIO
  P1DIR = 0xff;                            //out

  SD16CTL = SD16REFON+SD16SSEL0;          // 1.2V ref, SMCLK
  SD16INCTL0 = SD16INTDLY_3;
  SD16CCTL0 |= SD16OSR_32 + SD16IE;       // Enable interrupt
  for (i = 0; i < 0x3600; i++);          // Delay for 1.2V ref startup

  _EINT();                               // Enable general interrupts

  SD16CCTL0 |= SD16SC;                   // Set bit to start conversion
  //_BIS_SR(LPM0_bits);                      // Enter LPM0
  while(1);
}

#pragma vector=SD16_VECTOR
__interrupt void SD16ISR(void)
{
  static unsigned int index = 0;

  switch (SD16IV)
  {
  case 2:                                  // SD16MEM Overflow
break;
  case 4:                                  // SD16MEM0 IFG
results[index] = SD16MEM0;             // Save CH0 results (clears IFG)
P1OUT = 0x03;                         //Pin 0,1 out 1
if (++index == Num_of_Results)
{
   index = 0;                         // SET BREAKPOINT HERE
   P1OUT = 0x00;                      //Pin 0,1 out 0
}
break;
  }
}
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代码仔细说明：

设置了MCLK = SMCLK = 8MHz（具体参考用户手册和笔者之前对时钟的设置说明看看就能明白），设置了不分频的时钟给AD，即fm = 8MHz，fs = 8/32 = 250KHz，所以每250KHz就会进入一次中断，当采到80个AD值时，使P1.0和P1.1=0，然后清除计数，再下一次触发中断，P1.1和P1.0会再次置1，通过测量低电平持续时间可以得到AD的Sample frequency.