 |
Лабораторная работа № 4. Изучение аналого-цифрового преобразователя
|
|
|
|
Цель работы
Изучение функционирования встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера АТmega8535, получение практических навыков программирования микроконтроллера для обработки аналоговых сигналов.
Пояснения к работе
Микроконтроллер АТmega8535 имеет АЦП (ADC – Analog to Digital Converter) со следующими характеристиками:
- разрешение 10 разрядов;
- точность ±2 LSB;
- интегральная нелинейность 0,5 LSB;
- время преобразования 70...280 мкс;
- 8 мультиплексируемых каналов входа;
- режимы циклического и однократного преобразования;
- прерывание по завершению ADC преобразования;
- устройство подавления шумов Sleep-режима.
AЦП подсоединен к 8-канальному аналоговому мультиплексору, позволяющему использовать любой вывод порта А в качестве входа AЦП. AЦП содержит усилитель выборки/хранения, удерживающий напряжение входа AЦП во время преобразования на неизменном уровне (см. рис. 10).
Рис. 10. Структурная схема аналого-цифрового преобразователя
Для питания АЦП используются два отдельных вывода: AVCC и AGND. Вывод AGND должен быть подсоединен к GND, а напряжение AVCC не должно отличаться от напряжения VCC более чем на ±0,3 В.
Внешнее напряжение сравнения подается на вывод AREF и должно быть в диапазоне от AGND до AVCC.
Аналого-цифровой преобразователь может работать в двух режимах: режиме однократного преобразования и режиме циклического преобразования. В режиме однократного преобразования каждое преобразование инициируется пользователем. В режиме циклического преобразования AЦП осуществляет выборку и обновление содержимого регистра данных AЦП непрерывно. Выбор режима производится битом ADATE регистра состояния и управления ADCSRA.
Работа AЦП разрешается установкой в состояние 1 бита ADEN в регистре ADCSRA. Первому преобразованию, начинающемуся после разрешения AЦП, предшествует пустое инициализирующее преобразование. На пользователе это отражается лишь тем, что первое преобразование будет занимать 26 тактовых циклов вместо обычных 14. Преобразование начинается с установки в состояние 1 бита начала преобразования ADSC. Этот бит находится в состоянии 1 в течение всего цикла преобразования и сбрасывается по завершению преобразования аппаратно. Если в процессе преобразования выполняется смена канала данных, то AЦП вначале закончит текущее преобразование и лишь потом выполнит переход к другому каналу.
|
|
|
АЦП формирует 10-разрядный результат в двух регистрах – ADCH и ADCL. Для чтения правильного результата из этих регистров существует следующий механизм. При чтении результата первым должен читаться регистр ADCL. После этого доступ АЦП к регистрам данных блокируется. Это обозначает, что если следующее преобразование завершено между чтением ADCL и ADCH, его результат будет потерян. После чтения регистра ADCH доступ АЦП к регистрам данных восстанавливается.
Регистры данных ADC – ADCL и ADCH
| Бит | |||||||||
| $05 ($25) | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ADC9 | ADC8 | ADCH |
| $04 ($24) | ADC7 | ADC6 | ADC5 | ADC4 | ADC3 | ADC2 | ADC1 | ADC0 | ADCL |
| Чтение/Запись | R | R | R | R | R | R | R | R | |
| R | R | R | R | R | R | R | R | ||
| Исходное значение | |||||||||
АЦП имеет свой флаг и вектор прерывания. Флаг запроса ADIF устанавливается при завершении преобразования.
АЦП включает делитель частоты, который формирует для него тактовый сигнал из синхросигнала процессора. АЦП работает с тактовой частотой в диапазоне от 50 до 250 кГц.
Биты ADPS0 – ADPS2 регистра состояния и управления ADCSR используются для формирования тактовой частоты АЦП из сигнала XTAL. Делитель частоты работает, когда установлен бит ADEN.
|
|
|
При запуске АЦП установкой бита ADSC преобразование начинается по заднему фронту импульса синхросигнала АЦП. Один такт синхросигнала требуется на выборку-сохранение аналогового сигнала, после чего 13 циклов затрачивается на собственно преобразование и запись результата в регистры ADCL, ADCH.
Регистр выбора мультиплексора ADC – ADMUX
| Бит | |||||||||
| $07 ($27) | REFS1 | REFS0 | ADLAR | MUX4 | MUX3 | MUX2 | MUX1 | MUX0 | ADMUX |
| Чтение/Запись | R/W | R/W | R/W | R/W | R/W | R/W | R/W | R/W | |
| Исходное значение |
· Биты 7, 6 – REFS1:REFS0: Reference Selection Bits – Выбор источника опорного напряжения. Модуль АЦП может использовать различные источники опорного напряжения. Выбор конкретного источника опорного напряжения осуществляется с помощью разрядов REFS1:REFS0 регистра ADMUX (см. табл. 20). Как указано в таблице, внутренний источник опорного напряжения подключается к выводу AREF микроконтроллера. Поэтому при его использовании к выводу AREF можно подключить внешний фильтрующий конденсатор для повышения помехозащищенности.
Таблица 20. Выбор источника опорного напряжения
| REFS1 | REFS0 | Источник опорного напряжения (ИОН) |
| Внешний ИОН, подключенный к выводу AREF, внутренний ИОН отключен | ||
| Напряжение питания AVCC | ||
| Зарезервировано | ||
| Внутренний ИОН напряжением 2,56 В, подключенный к выходу AREF |
· Бит 5 – ADLAR: ADC Left Adjust Result – Выравнивание результата преобразования влево. По умолчанию результат преобразования выравнивается вправо (старшие 6 разрядов регистра ADCH незначащие). Однако он может выравниваться и влево (младшие 6 разрядов регистра ADCL незначащие). Для управления выравниванием результата преобразования служит разряд
ADLAR регистра ADMUX. Если этот разряд установлен в «1», результат преобразования выравнивается по левой границе 16-разрядного слова, если обращен в «0» – по правой границе.
· Биты 4.. 0 – MUX4.. MUX0: Analog Channel Select Bits 2-0 – Биты выбора аналогового канала. Состояние данных битов определяет, какой из восьми аналоговых каналов (0 – 7) будет подключен к АЦП, а также различные варианты подключения каналов с дифференциальным входом, в том числе с предварительным усилением входного сигнала с коэффициентом 10 или 200.
|
|
|
|
|
|
