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天宋
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1 MSP430F2 系列 16 位超低功耗单片机模块原理第 14 章 OA 运算放大器版本 : 1.4 日期 : 原文 : TI MSP430x2xxfamily.pdf 翻译 : 陈军长春工业大学编辑 : DC 微控技术论坛版主注 : 以下文章是翻译 TI MSP430x2xxfamily.pdf 文件中的部分内容由于我们翻译水平有限, 有整理过程中难免有所不足或错误 ; 所以以下内容只供参考. 一切以原文为准详情请密切留意微控技术论坛第 14 章 OA OA 是通用运算放大器本章描述了 OA 在 MSP430x22x4 配置了两个 OA 模块 Page 1 of 15

2 14.1 OA 简介 OA 可用于在 AD 转换前的模拟信号调理 OA 特征如下 : 单电源供电, 工作电流低 ; 轨对轨输出 ; 可通过程序设置稳定时间 ; 可通过软件选择配置模式 ; 可通过软件选择反馈电阻, 以应用在 PGA( 比例增益放大器 ) 上注意 : 多 OA 模块有些芯片内置了一个以上的 OA 模块在这种情况下, 各 OA 模块独立工作在本节里, 会出现如 OAxCTL0 这样的用来描述寄存器名字的术语这时,x 常用来表示讨论的是哪个 OA 模块独立工作时, 寄存器像 OAxCTL0 这样简写 Page 2 of 15

3 图 14-1 OA 模块框图 14.2 OA 操作 OA 模块由用户通过软件设置下面部分将讨论 OA 的设置和操作 Page 3 of 15

4 OA 放大器 OA 是可配置低电流轨对轨输出的运算放大器它可以被配置成反相放大器, 或同相放大器, 或与其它 OA 模块组合形成差分放大器 OA 的输出反馈速率可以用 OAPMx 位配置成最佳的稳定时间当 OAPMx = 00 时,OA 关闭, 输出为高阻态当 OAPMx > 0 时, OA 打开参数见具体的模块数据手册 OA 输入 OA 具有可配置的输入选择 + 和 - 端输入可以通过 OANx and OAPx 位进行独立选择, 可以选择为外部信号或内部信号 OA0I1 提供一个同相输入, 在所有 OA 模块的内部都有同相输入 OAxIA 和 OAxIB 提供依赖器件的输入信号连接参考器件数据手册当外部反相输入不需要时, 置位 OANEXT 位, 可以使内部反相输入用于外部 OA 输出和反馈线路 OA 具有可配置的输出选择, 由 OAADCx 位和 OAFCx 位控制 OA 输出信号可以在内部供给 ADC10 输入的 A12(OA0), A13 (OA1) 和 A14 (OA2), 或者连接到这些 ADC 的输入和其外部引脚 OA 输出也可以通过设置 OAFCx 位连接到一个内部梯形电阻网络梯形电阻网络抽头可由 OAFBRx 位选择, 具有可编程增益放大功能表 14-1 表明了 OA 输出和反馈线路配置当 OAFCx = 0 时,OA 为通用模式, 器件的反馈在外部完成当 OAFCx > 0 和 OAADCx = 00 或 11 时,OA 的输出通过内部路径连接到器件当 OAFCx > 0 和 OAADCx= 01 或 10, OA 输出由内部和外部路径连接到器件表 14-1 OA 输出配置 OAFCx OAADCx OA 输出和反馈线路 = 0 x0 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5. = 0 x1 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14. > 0 00 OAxOUT 只用作内部线路. > 0 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A1 > 0 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5. > 0 11 OAxOUT 通过内部连接到 ADC 输入的 A12,A13 或 A14 外部 A12, A13 或 A14 引脚与 ADC 连接断开 OA 配置 OA 可以通过 OAFCx 位配置具有不同的放大功能, 见表 14-2 表 14-2 OA 模式选择 OAFCx OA 模式 000 通用运算放大器 001 用于三运放差分放大器的单位增益缓冲器 010 单位缓冲器 ( 相当于电压跟随器 ) 011 比较器 100 同相 PGA( 比例放大 ) 放大器 101 级连同相 PGA 放大器 110 反相 PGA 放大器 111 差分放大器通用运算放大器模式 Page 4 of 15

5 在该模式下, 反馈梯形电阻网络与 OAx 是独立的, 由 OAxCTL0 位定义信号路径 OAx 输入由 OAPx 和 OANx 位选择 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道用于差分放大器的单位增益模式该模式下,OAx 的输出连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个单位增益缓冲器同相输入由 OAPx 位选择连接到反相输入端的外部连接禁止,OANx 位无需关注 ( 状态任意 ) OAx 的输出连接到梯形电阻网络, 作为三运放差分放大器的一部分该模式只用于三运放差分放大器结构单位增益模式该模式下,OAx 的输出连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个单位增益缓冲器 ( 也称为电压跟随器 ) 同相输入由 OAPx 位选择连接到反相输入端的外部连接禁止,OANx 位无需关注 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道比较器模式该模式下, 反馈梯形电阻网络与 OAx 是独立的当 OARRIP = 0 时,RTOP 连接到 AVSS,RBOTTOM 连接到 AVCC 当 OARRIP = 1 时, 梯形电阻网络的连接反相,RTOP 连接到 AVCC,RBOTTOM 连接到 AVSS OAxTAP 信号连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个具有可编程门限电压的比较器, 该电压由 OAFBRx 位确定同相输入端由 OAPx 位确定通过外部反相反馈电阻可以增加延迟反相输入端的外部连接被禁止,OANx 位无需关注 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道同相 PGA 模式该模式下,OAx 的输出连接到 RTOP,RBOTTOM 连接到 AVSS OAxTAP 连接到 OAx 的反相输入端 OAx 提供一个具有 [1+OAxTAP 比值 ] 增益的可编程同相放大器 OAxTAP 比值由 OAFBRx 选择, 如果 OAFBRx=0, 增益是 1 同相输入由 OAPx 位选择反相输入引脚上的外部连接被禁止,OANx 位无需关注 ( 状态任意 ) OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道级联同相 PGA 模式该模式允许 OA 信号在内部按照反相模式级联 2 个或 3 个 OA 该模式下, 当 OAPx = 11 时, OAx 的反相输入连接到 OA2OUT (OA0),OA0OUT (OA1) 或 OA1OUT (OA2) OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道反相 PGA 模式该模式下,OAx 的输出连接到 RTOP,RBOTTOM 连接到一个模拟多路复用器, 它可以复用 OAxI0, OAxI1, OAxIA 或由 OANx 位选择的剩余的一个 OAs 的输出 OAxTAP 信号连接到 OAx 的反相输入端 OAx 提供一个具有 -OAxTAP 比值增益的反相放大器 OAxTAP 比值由 OAFBRx 位选择 OAPx 位确定同相输入 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道注意 : 使用 OAx 负输入同时用作 ADC 输入当引脚连接到反相输入多路复用器时, 也被用作了 ADC 的输入, 由于内部线路上的压降, 转换结果的误差可能上升到 5mV 差分放大器模式该模式允许 OA 信号在内部连接形成一个两运放或三运放的仪表放大器图 14-2 表示了 OA0 和 OA1 构成的两运放配置该模式下, 通过经由反相 PGA 模式下的另一 OAx,OAx 的输出连接到 Page 5 of 15

6 RTOP RBOTTOM 断开, 提供一个单位增益缓冲器该缓冲器与 1 到 2 个剩下的 OAx 组合形成差分放大器 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道图 14-2 表示了一个由 OA0 和 OA1 构成的两运放差分放大器控制寄存器设置见表 14-3 放大器的增益由 OA1 的 OAFBRx 位决定, 见表 14-4 OAx 的相互连接见图 14-3 表 14-3 两运放差分放大器控制寄存器设置寄存器设置 ( 二进制 ) OA0CTL0 xx xx xx 0 0 OA0CTL x 表 14-3 两运放差分放大器增益设置 OA1 OAFBRx Gain / / / 图 14-2 两运放差分放大器 Page 6 of 15

7 图 14-3 两运放差分放大器 OAx 相互连接图 14-4 表示了使用 OA0,OA1,OA2 构成的三运放差分放大器 ( 三运放不是在所有的器件中都具有, 参见具体的器件数据手册 ) 控制寄存器的设置见表 14-5 其增益由 OA0,OA2 的 OAFBRx 位确定 OA0,OA2 的 OAFBRx 位的设定必须相同增益设置见表 14-6 OAx 相互连接见表 14-5 Page 7 of 15

8 表 14-5 三运放差分放大器控制寄存器设置寄存器设置 ( 二进制 ) OA0CTL0 xx xx xx 0 0 OA0CTL1 xxx x OA1CTL0 xx xx xx 0 0 表 14-6 三运放差分放大器增益设置 OA0/OA2 OAFBRx Gain / / / 图 14-4 三运放差分放大器 Page 8 of 15

9 图 14-5 三运放差分放大器 OAx 相互连接 14.3 OA 寄存器寄存器格式寄存器类型地址初始化状态 OA0 控制寄存器 0 OA0CTL0 读 / 写 0C0h 复位和 POR OA0 控制寄存器 1 OA0CTL1 读 / 写 0C1h 复位和 POR Page 9 of 15

10 OA1 控制寄存器 0 OA1CTL0 读 / 写 0C2h 复位和 POR OA1 控制寄存器 1 OA1CTL1 读 / 写 0C3h 复位和 POR OA2 控制寄存器 0 OA2CTL0 读 / 写 0C4h 复位和 POR OA2 控制寄存器 1 OA2CTL1 读 / 写 0C5h 复位和 POR OAxCTL0, 运放控制寄存器 0 OANx Bits7-6 反相输入选择这两位用于选择 OA 反相输入端的输入信号 00 OAxI0 01 OAxI1 10 OAxIA- 连接信号参考数据手册 11 OAxIB- 连接信号参考数据手册 OAPx Bits5-4 同相输入选择这两位用于选择 OA 同相输入端的输入信号 00 OAxI0 01 OA0I1 10 OAxIA- 连接信号参考数据手册 11 OAxIB- 连接信号参考数据手册 OAPMx Bits3-2 反馈速率选择 00 关闭, 输出高阻态 01 低速 10 中速 11 快速 OAADCx Bits1-0 OA 输出选择这两位和 OAFCx 位一起控制 OAPMx > 0 时 OAx 的输出路径当 OAFCx = 0: 00 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 11 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 当 OAFCx > 0: 00 OAxOUT 只用在内部连接 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 11 OAxOUT 内部连接到 ADC 输入的 A12, A13 或 A14. 外部 A12, A13 或 A14 与 ADC 断开连接 OAxCTL1, 运放控制寄存器 1 Page 10 of 15

11 OAFBRx Bits 7-5 OAx 反馈电阻选择 000 抽头 0-0R/16R 001 抽头 1-4R/12R 010 抽头 2-8R/8R 011 抽头 3-10R/6R 100 抽头 4-12R/4R 101 抽头 5-13R/3R 110 抽头 6-14R/2R 111 抽头 7-15R/1R OAFCx Bits4-2 OAx 功能控制选择 OAx 的功能 000 通用运算放大器 001 用于三运放差分放大器的单位增益缓冲器 010 单位增益缓冲器 ( 相当于电压跟随器 ) 011 比较器 100 同相 PGA 放大器 101 级联同相 PGA 放大器 110 反相 PGA 放大器 111 差分放大器 OANEXT Bit 1 OAx 反相输入端外部输入允许当该位被置位且使用内部集成电阻网络时, 将 OAx 反相输入连接到外部引脚 0 OAx 反相输入端不能从外部输入 1 OAx 反相输入端可以从外部输入 OARRIP Bit 0 比较器模式下,OAx 反相端电阻连接 0 当 OAFCx = 3,RTOP 连接到 AVSS,RBOTTOM 连接 AVCC 1 当 OAFCx = 3,RTOP 连接到 AVCC,RBOTTOM 连接 AVSS OA 基础例程 [1] OA0 工作在模式 2 ( 单一增益放大 ) //p2.0 为正端输入 //p2.1 输出 ( 最大输 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用 OAFBR 来选择反馈电阻值 // 将直流电源正端接入 p2.0, 调节电压值, 观参输出是否跟输入保持一致 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - Page 11 of 15

12 // // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O // #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; //P2.0,2.1 第二功能选择 P2OUT =BIT1; //p2.1,oa0 输出端 ( 不加也没关系 ) OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_2; //R2/R1=4R/16R, 反馈电阻为 4R //OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_2; //R2/R1=8R/8R, 反馈电阻为 8R //OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_2; //R2/R1=10R/6R, 反馈电阻为 10R //OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_2; //R2/R1=12R/4R, 反馈电阻为 12R //OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_2; //R2/R1=13R/3R, 反馈电阻为 13R //OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_2; //R2/R1=14R/2R, 反馈电阻为 14R //OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_2; //R2/R1=15R/1R, 反馈电阻为 15R _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } [2] OA0 工作在模式 3( 比较器 ) //OA0 工作在模式 3(comparator) //p2.0 为正端输入 (0~Vcc) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用 OAFBR 来选择反向端参考电压 // 将直流电源接入 p2.0, 调节电压值, 观参输出端的变化 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // AVcc <--DVCC // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; // 关看门狗 // 设定 DCO 为 1MHZ // 选择功能模块功能 Page 12 of 15

13 P2OUT =BIT1; //P21 为输出 OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_3; // 运放反向端输入为 4/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_3; // 运放反向端输入为 8/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_3; // 运放反向端输入为 10/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_3; // 运放反向端输入为 12/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_3; // 运放反向端输入为 13/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_3; // 运放反向端输入为 14/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_3; // 运放反向端输入为 16/16AVcc; 比较器模式 _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } [3] OA0 工作在模式 4( 同相比例放大 ) //p2.0 输入 ( 零点几个伏特 ) //p2.1 输出 ( 最大输出 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用万用表来观察在各个放大系数时输出端电压 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; //P2.0,2.1 第二功能选择 P2OUT =BIT1; //p2.1,oa0 输出端 ( 不加也没关系 ) OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_0+OAFC_4; //R2/R1=0R/16R, 模式 4( 同向比例放大器, 放大系数 =1+R2/R1) OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_4; //R2/R1=4R/12R OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_4; //R2/R1=8R/8R OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_4; //R2/R1=10R/6R OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_4; //R2/R1=12R/4R OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_4; //R2/R1=13R/3R OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_4; //R2/R1=14R/2R OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_4; //R2/R1=15R/1R _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } Page 13 of 15

14 [4] 运放 OA0 工作在模式 4, 作为同相比例放大器运放 OA1 工作在模式 5, 作为同相比例放大器第二级 //p2.0 作为 OA0 正端输入 ( 零点几个伏特 ) //p2.3 作为 OA1 输出 ( 最大输出 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 改变输入电压看输出变化, 再改变运放 OA1 和 OA0 的 OAFBRx 值来调整放大系数 // 并观察 AD 结果, 跟输出值进行比较 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // // ADC10 P2.0 <--OA0I0 // ^ AVss <--GND // p2.3 -->OA1O // // // \ // \ OA0 // Vi \ mode=4 \ // \OA1 // / + \ mode=5 // / Vout // / / // / (gain=(1+r2/r1)*(1+r2/r1)) // < /\/\/\/\/\- / // > R /\/\/\/\/\/- // <R1 > R2 // > <R1 // > // GND < // GND #include "msp430x22x4.h" volatile unsigned int adc_value; int main( void ) { WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL = CALBC1_1MHZ; P2SEL = BIT0+BIT1+BIT3+BIT4; //P2.0,2.1,2,3 第二功能选择 OA0I0 输入 P2OUT = BIT3; //p2.3,oa1 输出端 ( 不加也没关系 ) // 设置 OA0 为模式 4 OA0CTL0 = OAP_0+OAPM_3; OA0CTL1 = OAFBR_2+OAFC_4; // 设置 OA1 为模式 5 OA1CTL0 = OAP_3+OAPM_3+OAADC1; OA1CTL1 = OAFBR_2+OAFC_5; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast,oa0out 输出内部路由 // 选择模式 4, 放大比例系数为 1+8R/8R // 正端由内部 OA0 输出输入, 反馈速度为 fast, 输出到 A3 // 选择模式 5, 放大比例系数为 1+8R/8R // 对 OA1 的输出信号进行 AD Page 14 of 15

15 ADC10CTL1 = INCH_3; // 选择第 3 通道 ADC10CTL0 = REFON+SREF_1+REF2_5V; // 打开 2.5V 正参考, 地为负参考 ADC10CTL0 = ADC10ON+ADC10SHT_3+ADC10IE; // 打开 ADC10 内核, 设定采样保持时间为 64 个 ADC10CLK, 使能 ADC10 中断 ADC10CTL0 = ENC+ADC10SC; // 启动 AD 转换 _BIS_SR(GIE); // 使能总中断 return 0; } #pragma vector = ADC10_VECTOR interrupt void adc_isr (void) { adc_value = ADC10MEM; // 将 AD 值存入 adc_value } MSP430F22x4 评估板专业提供 MSP430 单片机开发工具 Page 15 of 15

16 MSP430F2 系列 16 位超低功耗单片机模块原理第 14 章 OA 运算放大器版本 : 1.4 日期 : 原文 : TI MSP430x2xxfamily.pdf 翻译 : 陈军长春工业大学编辑 : DC 微控技术论坛版主注 : 以下文章是翻译 TI MSP430x2xxfamily.pdf 文件中的部分内容由于我们翻译水平有限, 有整理过程中难免有所不足或错误 ; 所以以下内容只供参考. 一切以原文为准详情请密切留意微控技术论坛 Page 1 of 15

17 第 14 章 OA OA 是通用运算放大器本章描述了 OA 在 MSP430x22x4 配置了两个 OA 模块 14.1 OA 简介 OA 可用于在 AD 转换前的模拟信号调理 OA 特征如下 : 单电源供电, 工作电流低 ; 轨对轨输出 ; 可通过程序设置稳定时间 ; 可通过软件选择配置模式 ; 可通过软件选择反馈电阻, 以应用在 PGA( 比例增益放大器 ) 上注意 : 多 OA 模块有些芯片内置了一个以上的 OA 模块在这种情况下, 各 OA 模块独立工作在本节里, 会出现如 OAxCTL0 这样的用来描述寄存器名字的术语这时,x 常用来表示讨论的是哪个 OA 模块独立工作时, 寄存器像 OAxCTL0 这样简写 Page 2 of 15

18 图 14-1 OA 模块框图 14.2 OA 操作 OA 模块由用户通过软件设置下面部分将讨论 OA 的设置和操作 Page 3 of 15

19 OA 放大器 OA 是可配置低电流轨对轨输出的运算放大器它可以被配置成反相放大器, 或同相放大器, 或与其它 OA 模块组合形成差分放大器 OA 的输出反馈速率可以用 OAPMx 位配置成最佳的稳定时间当 OAPMx = 00 时,OA 关闭, 输出为高阻态当 OAPMx > 0 时, OA 打开参数见具体的模块数据手册 OA 输入 OA 具有可配置的输入选择 + 和 - 端输入可以通过 OANx and OAPx 位进行独立选择, 可以选择为外部信号或内部信号 OA0I1 提供一个同相输入, 在所有 OA 模块的内部都有同相输入 OAxIA 和 OAxIB 提供依赖器件的输入信号连接参考器件数据手册当外部反相输入不需要时, 置位 OANEXT 位, 可以使内部反相输入用于外部 OA 输出和反馈线路 OA 具有可配置的输出选择, 由 OAADCx 位和 OAFCx 位控制 OA 输出信号可以在内部供给 ADC10 输入的 A12(OA0), A13 (OA1) 和 A14 (OA2), 或者连接到这些 ADC 的输入和其外部引脚 OA 输出也可以通过设置 OAFCx 位连接到一个内部梯形电阻网络梯形电阻网络抽头可由 OAFBRx 位选择, 具有可编程增益放大功能表 14-1 表明了 OA 输出和反馈线路配置当 OAFCx = 0 时,OA 为通用模式, 器件的反馈在外部完成当 OAFCx > 0 和 OAADCx = 00 或 11 时,OA 的输出通过内部路径连接到器件当 OAFCx > 0 和 OAADCx= 01 或 10, OA 输出由内部和外部路径连接到器件表 14-1 OA 输出配置 OAFCx OAADCx OA 输出和反馈线路 = 0 x0 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5. = 0 x1 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14. > 0 00 OAxOUT 只用作内部线路. > 0 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A1 > 0 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5. > 0 11 OAxOUT 通过内部连接到 ADC 输入的 A12,A13 或 A14 外部 A12, A13 或 A14 引脚与 ADC 连接断开 OA 配置 OA 可以通过 OAFCx 位配置具有不同的放大功能, 见表 14-2 表 14-2 OA 模式选择 OAFCx OA 模式 000 通用运算放大器 001 用于三运放差分放大器的单位增益缓冲器 010 单位缓冲器 ( 相当于电压跟随器 ) 011 比较器 100 同相 PGA( 比例放大 ) 放大器 101 级连同相 PGA 放大器 110 反相 PGA 放大器 111 差分放大器通用运算放大器模式 Page 4 of 15

20 在该模式下, 反馈梯形电阻网络与 OAx 是独立的, 由 OAxCTL0 位定义信号路径 OAx 输入由 OAPx 和 OANx 位选择 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道用于差分放大器的单位增益模式该模式下,OAx 的输出连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个单位增益缓冲器同相输入由 OAPx 位选择连接到反相输入端的外部连接禁止,OANx 位无需关注 ( 状态任意 ) OAx 的输出连接到梯形电阻网络, 作为三运放差分放大器的一部分该模式只用于三运放差分放大器结构单位增益模式该模式下,OAx 的输出连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个单位增益缓冲器 ( 也称为电压跟随器 ) 同相输入由 OAPx 位选择连接到反相输入端的外部连接禁止,OANx 位无需关注 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道比较器模式该模式下, 反馈梯形电阻网络与 OAx 是独立的当 OARRIP = 0 时,RTOP 连接到 AVSS,RBOTTOM 连接到 AVCC 当 OARRIP = 1 时, 梯形电阻网络的连接反相,RTOP 连接到 AVCC,RBOTTOM 连接到 AVSS OAxTAP 信号连接到 OAx 的反相输入端,OAx 提供一个具有可编程门限电压的比较器, 该电压由 OAFBRx 位确定同相输入端由 OAPx 位确定通过外部反相反馈电阻可以增加延迟反相输入端的外部连接被禁止,OANx 位无需关注 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道同相 PGA 模式该模式下,OAx 的输出连接到 RTOP,RBOTTOM 连接到 AVSS OAxTAP 连接到 OAx 的反相输入端 OAx 提供一个具有 [1+OAxTAP 比值 ] 增益的可编程同相放大器 OAxTAP 比值由 OAFBRx 选择, 如果 OAFBRx=0, 增益是 1 同相输入由 OAPx 位选择反相输入引脚上的外部连接被禁止,OANx 位无需关注 ( 状态任意 ) OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道级联同相 PGA 模式该模式允许 OA 信号在内部按照反相模式级联 2 个或 3 个 OA 该模式下, 当 OAPx = 11 时, OAx 的反相输入连接到 OA2OUT (OA0),OA0OUT (OA1) 或 OA1OUT (OA2) OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道反相 PGA 模式该模式下,OAx 的输出连接到 RTOP,RBOTTOM 连接到一个模拟多路复用器, 它可以复用 OAxI0, OAxI1, OAxIA 或由 OANx 位选择的剩余的一个 OAs 的输出 OAxTAP 信号连接到 OAx 的反相输入端 OAx 提供一个具有 -OAxTAP 比值增益的反相放大器 OAxTAP 比值由 OAFBRx 位选择 OAPx 位确定同相输入 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道注意 : 使用 OAx 负输入同时用作 ADC 输入当引脚连接到反相输入多路复用器时, 也被用作了 ADC 的输入, 由于内部线路上的压降, 转换结果的误差可能上升到 5mV 差分放大器模式该模式允许 OA 信号在内部连接形成一个两运放或三运放的仪表放大器图 14-2 表示了 OA0 和 OA1 构成的两运放配置该模式下, 通过经由反相 PGA 模式下的另一 OAx,OAx 的输出连接到 Page 5 of 15

21 RTOP RBOTTOM 断开, 提供一个单位增益缓冲器该缓冲器与 1 到 2 个剩下的 OAx 组合形成差分放大器 OAx 输出可以通过 OAxCTL0 位来选择连接到 ADC10 输入通道图 14-2 表示了一个由 OA0 和 OA1 构成的两运放差分放大器控制寄存器设置见表 14-3 放大器的增益由 OA1 的 OAFBRx 位决定, 见表 14-4 OAx 的相互连接见图 14-3 表 14-3 两运放差分放大器控制寄存器设置寄存器设置 ( 二进制 ) OA0CTL0 xx xx xx 0 0 OA0CTL x 表 14-3 两运放差分放大器增益设置 OA1 OAFBRx Gain / / / 图 14-2 两运放差分放大器 Page 6 of 15

22 图 14-3 两运放差分放大器 OAx 相互连接图 14-4 表示了使用 OA0,OA1,OA2 构成的三运放差分放大器 ( 三运放不是在所有的器件中都具有, 参见具体的器件数据手册 ) 控制寄存器的设置见表 14-5 其增益由 OA0,OA2 的 OAFBRx 位确定 OA0,OA2 的 OAFBRx 位的设定必须相同增益设置见表 14-6 OAx 相互连接见表 14-5 Page 7 of 15

23 表 14-5 三运放差分放大器控制寄存器设置寄存器设置 ( 二进制 ) OA0CTL0 xx xx xx 0 0 OA0CTL1 xxx x OA1CTL0 xx xx xx 0 0 表 14-6 三运放差分放大器增益设置 OA0/OA2 OAFBRx Gain / / / 图 14-4 三运放差分放大器 Page 8 of 15

24 图 14-5 三运放差分放大器 OAx 相互连接 14.3 OA 寄存器寄存器格式寄存器类型地址初始化状态 OA0 控制寄存器 0 OA0CTL0 读 / 写 0C0h 复位和 POR OA0 控制寄存器 1 OA0CTL1 读 / 写 0C1h 复位和 POR Page 9 of 15

25 OA1 控制寄存器 0 OA1CTL0 读 / 写 0C2h 复位和 POR OA1 控制寄存器 1 OA1CTL1 读 / 写 0C3h 复位和 POR OA2 控制寄存器 0 OA2CTL0 读 / 写 0C4h 复位和 POR OA2 控制寄存器 1 OA2CTL1 读 / 写 0C5h 复位和 POR OAxCTL0, 运放控制寄存器 0 OANx Bits7-6 反相输入选择这两位用于选择 OA 反相输入端的输入信号 00 OAxI0 01 OAxI1 10 OAxIA- 连接信号参考数据手册 11 OAxIB- 连接信号参考数据手册 OAPx Bits5-4 同相输入选择这两位用于选择 OA 同相输入端的输入信号 00 OAxI0 01 OA0I1 10 OAxIA- 连接信号参考数据手册 11 OAxIB- 连接信号参考数据手册 OAPMx Bits3-2 反馈速率选择 00 关闭, 输出高阻态 01 低速 10 中速 11 快速 OAADCx Bits1-0 OA 输出选择这两位和 OAFCx 位一起控制 OAPMx > 0 时 OAx 的输出路径当 OAFCx = 0: 00 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 11 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 当 OAFCx > 0: 00 OAxOUT 只用在内部连接 01 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A12, A13 或 A14 10 OAxOUT 连接到外部引脚和 ADC 输入的 A1, A3 或 A5 11 OAxOUT 内部连接到 ADC 输入的 A12, A13 或 A14. 外部 A12, A13 或 A14 与 ADC 断开连接 OAxCTL1, 运放控制寄存器 1 Page 10 of 15

26 OAFBRx Bits 7-5 OAx 反馈电阻选择 000 抽头 0-0R/16R 001 抽头 1-4R/12R 010 抽头 2-8R/8R 011 抽头 3-10R/6R 100 抽头 4-12R/4R 101 抽头 5-13R/3R 110 抽头 6-14R/2R 111 抽头 7-15R/1R OAFCx Bits4-2 OAx 功能控制选择 OAx 的功能 000 通用运算放大器 001 用于三运放差分放大器的单位增益缓冲器 010 单位增益缓冲器 ( 相当于电压跟随器 ) 011 比较器 100 同相 PGA 放大器 101 级联同相 PGA 放大器 110 反相 PGA 放大器 111 差分放大器 OANEXT Bit 1 OAx 反相输入端外部输入允许当该位被置位且使用内部集成电阻网络时, 将 OAx 反相输入连接到外部引脚 0 OAx 反相输入端不能从外部输入 1 OAx 反相输入端可以从外部输入 OARRIP Bit 0 比较器模式下,OAx 反相端电阻连接 0 当 OAFCx = 3,RTOP 连接到 AVSS,RBOTTOM 连接 AVCC 1 当 OAFCx = 3,RTOP 连接到 AVCC,RBOTTOM 连接 AVSS OA 基础例程 [1] OA0 工作在模式 2 ( 单一增益放大 ) //p2.0 为正端输入 //p2.1 输出 ( 最大输 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用 OAFBR 来选择反馈电阻值 // 将直流电源正端接入 p2.0, 调节电压值, 观参输出是否跟输入保持一致 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - Page 11 of 15

27 // // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O // #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; //P2.0,2.1 第二功能选择 P2OUT =BIT1; //p2.1,oa0 输出端 ( 不加也没关系 ) OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_2; //R2/R1=4R/16R, 反馈电阻为 4R //OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_2; //R2/R1=8R/8R, 反馈电阻为 8R //OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_2; //R2/R1=10R/6R, 反馈电阻为 10R //OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_2; //R2/R1=12R/4R, 反馈电阻为 12R //OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_2; //R2/R1=13R/3R, 反馈电阻为 13R //OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_2; //R2/R1=14R/2R, 反馈电阻为 14R //OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_2; //R2/R1=15R/1R, 反馈电阻为 15R _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } [2] OA0 工作在模式 3( 比较器 ) //OA0 工作在模式 3(comparator) //p2.0 为正端输入 (0~Vcc) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用 OAFBR 来选择反向端参考电压 // 将直流电源接入 p2.0, 调节电压值, 观参输出端的变化 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // AVcc <--DVCC // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; // 关看门狗 // 设定 DCO 为 1MHZ // 选择功能模块功能 Page 12 of 15

28 P2OUT =BIT1; //P21 为输出 OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_3; // 运放反向端输入为 4/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_3; // 运放反向端输入为 8/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_3; // 运放反向端输入为 10/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_3; // 运放反向端输入为 12/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_3; // 运放反向端输入为 13/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_3; // 运放反向端输入为 14/16AVcc; 比较器模式 //OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_3; // 运放反向端输入为 16/16AVcc; 比较器模式 _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } [3] OA0 工作在模式 4( 同相比例放大 ) //p2.0 输入 ( 零点几个伏特 ) //p2.1 输出 ( 最大输出 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 用万用表来观察在各个放大系数时输出端电压 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // // P2.0 <--OA0I0 // AVss <--GND // p2.1 -->OA0O #include "msp430x22x4.h" int main( void ) { WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL =CALBC1_1MHZ; P2SEL =BIT0+BIT1; //P2.0,2.1 第二功能选择 P2OUT =BIT1; //p2.1,oa0 输出端 ( 不加也没关系 ) OA0CTL0=OAP_0+OAPM_3+OAADC1; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast, 输出为 A1,A3 或者 A5 OA0CTL1=OAFBR_0+OAFC_4; //R2/R1=0R/16R, 模式 4( 同向比例放大器, 放大系数 =1+R2/R1) OA0CTL1=OAFBR_1+OAFC_4; //R2/R1=4R/12R OA0CTL1=OAFBR_2+OAFC_4; //R2/R1=8R/8R OA0CTL1=OAFBR_3+OAFC_4; //R2/R1=10R/6R OA0CTL1=OAFBR_4+OAFC_4; //R2/R1=12R/4R OA0CTL1=OAFBR_5+OAFC_4; //R2/R1=13R/3R OA0CTL1=OAFBR_6+OAFC_4; //R2/R1=14R/2R OA0CTL1=OAFBR_7+OAFC_4; //R2/R1=15R/1R _BIS_SR(LPM3_bits); // 进入低功耗 3 return 0; } Page 13 of 15

29 [4] 运放 OA0 工作在模式 4, 作为同相比例放大器运放 OA1 工作在模式 5, 作为同相比例放大器第二级 //p2.0 作为 OA0 正端输入 ( 零点几个伏特 ) //p2.3 作为 OA1 输出 ( 最大输出 AVCC) // 将输入电压的地接到芯片的 AVss // 改变输入电压看输出变化, 再改变运放 OA1 和 OA0 的 OAFBRx 值来调整放大系数 // 并观察 AD 结果, 跟输出值进行比较 // MSP430F2274 // // / \ XIN - // // -- RST XOUT - // // ADC10 P2.0 <--OA0I0 // ^ AVss <--GND // p2.3 -->OA1O // // // \ // \ OA0 // Vi \ mode=4 \ // \OA1 // / + \ mode=5 // / Vout // / / // / (gain=(1+r2/r1)*(1+r2/r1)) // < /\/\/\/\/\- / // > R /\/\/\/\/\/- // <R1 > R2 // > <R1 // > // GND < // GND #include "msp430x22x4.h" volatile unsigned int adc_value; int main( void ) { WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; // 关看门狗 BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // 设定 DCO 为 1MHZ DCOCTL = CALBC1_1MHZ; P2SEL = BIT0+BIT1+BIT3+BIT4; //P2.0,2.1,2,3 第二功能选择 OA0I0 输入 P2OUT = BIT3; //p2.3,oa1 输出端 ( 不加也没关系 ) // 设置 OA0 为模式 4 OA0CTL0 = OAP_0+OAPM_3; OA0CTL1 = OAFBR_2+OAFC_4; // 设置 OA1 为模式 5 OA1CTL0 = OAP_3+OAPM_3+OAADC1; OA1CTL1 = OAFBR_2+OAFC_5; //OAP 选择 OA0I0 输入, 反馈速度为 fast,oa0out 输出内部路由 // 选择模式 4, 放大比例系数为 1+8R/8R // 正端由内部 OA0 输出输入, 反馈速度为 fast, 输出到 A3 // 选择模式 5, 放大比例系数为 1+8R/8R // 对 OA1 的输出信号进行 AD Page 14 of 15

30 ADC10CTL1 = INCH_3; // 选择第 3 通道 ADC10CTL0 = REFON+SREF_1+REF2_5V; // 打开 2.5V 正参考, 地为负参考 ADC10CTL0 = ADC10ON+ADC10SHT_3+ADC10IE; // 打开 ADC10 内核, 设定采样保持时间为 64 个 ADC10CLK, 使能 ADC10 中断 ADC10CTL0 = ENC+ADC10SC; // 启动 AD 转换 _BIS_SR(GIE); // 使能总中断 return 0; } #pragma vector = ADC10_VECTOR interrupt void adc_isr (void) { adc_value = ADC10MEM; // 将 AD 值存入 adc_value } MSP430F22x4 评估板专业提供 MSP430 单片机开发工具 Page 15 of 15

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untitled MSP430F22X4 :1.8V-3.6V -:1MHz 2.2V 250 ua -:0.7 ua -(RAM ):0.1uA 1us 16, 65ns -16MHz ±1% - - 32kHz - 16M - - - 3 / 16 Timer_A 3 / 16 Timer_B 10 A/D 200ksps (USCI) - UART LIN -IrDA - SPI -I2C Bootstrap