摘要：详细分析在μC/OS-II实时内核下驱动程序读取A/D的三种方法；阐述C8051F015单片机的A/D转换器的配置、转换特点及其驱动程序读取A/D采用的方法；针对C8051F015单片机分析A/D驱动程序设计的方法和思想。这些方法和思想为在μC/OS-II下访问其它类型的A/D提供了很好的借鉴。

关键词：μC/OS-II A/D 驱动程序 C8051F015

A/D转换是单片机数据采集系统的重要组成部分，实时内核下A/D驱动程序的实现过程主取决于A/D转换器的转换时间。本文首先比较和分析μC/OS-II下A/D采样数据的三种方法；其次介绍C8051F015单片机A/D模数转换器配置及特点；最后，在μC/OS-II内核移植到8位单片机C8051F015的基础上，介绍编写A/D驱动程序的一般思想和方法。

1 μC/OS-II实时内核下的A/D读方法

实时内核下，驱动程序采用什么方法读取A/D采样数据是首先考虑的问题。许多因素将影响读取A/D，如A/D的转换时间、模拟值的转换频率、输入通道数等，但最主要的取决于A/D的转换时间。典型的A/D转换典型的A/D转换电路由模拟多路复用器（MUX）、放大器和模数转换器（ADC）三部分组成。下面描述读取A/D的三种方法。

图1所示的是第1种读取方法。假设A/D转换器的转换时间较慢（5ms以上）。应用程序调用图1所示的驱动程序，并传递要读取的通道。驱动程序通过MUX选择要读取的模拟通道（①）开始读。有，延时几μs以便使信号通过MUX传递，并之稳定下来。接着，ADC被触发开始转换（②）。然后驱动程序延时一段时间以完成转换（③_。延时时间必须比ADC转换时间长。最后驱动程序读取ADC转换结果（④）。并将转换结果返回到应用程序（⑤）。

图2所示的是第2种读取方法。当模拟转换完成后，ADC产生的个中断信号。若ADC转换完成，ISR给信号量发一个信号（⑤），通知驱动程序，ADC已经完成转换。如果ADC在规定的时限内没有完成转换。信号量超过（③），则驱动程序不再等待下去。驱动程序和中断服务子程序（ISR）的伪代码如下：

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；

等待来自ADC转换结束中断产生的信号量；

if(超时){

*eer=信号错误；

return；

}else{

读取ADC转换结果并将其返回到应用程序；

}

}

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