przetwornik_adc atmega8.pdf

Obsþuga przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 Î CEZARY KLIMASZ

OBSýUGA PRZETWORNIKA ADC

NA MIKROKONTROLERZE

ATMEGA8

sss

Cezary Klimasz

Krakw 2008

Obsþuga przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 Î CEZARY KLIMASZ

Spis tre Ļ ci

1. Wprowadzenie .................................................................................... str. 3

2. Podstawowe wiadomo Ļ ci .................................................................. str. 3

3. Przykład obsługi przetwornika w j ħ zyku C .................................... str. 7

4. Podsumowanie ................................................................................... str. 9

5. Bibliografia ......................................................................................... str. 9

Obsþuga przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 Î CEZARY KLIMASZ

1. Wprowadzenie

Co jest poĻrednikiem powiħdzy sygnaþem analogowym a sygnaþem cyfrowym ? OczywiĻcie

przetwornik. Dziħki zastosowaniu ADC (Analog-to-Digital Converter) lub DAC (Digital-to-

Analog Converter) moŇliwe jest wykorzystanie techniki analogowej oraz cyfrowej na raz.

Stwarza to olbrzymie moŇliwoĻci w wielu dyscyplinach elektroniki, dlatego istnieje wiele

rodzajw przetwornikw realizujĢcych przetwarzanie sygnaþw. Podstawowymi parametrami

takich przetwornikw jest rozdzielczoĻę czyli zdolnoĻę przetwornika do wiernego odtworzenia

sygnaþu oraz szybkoĻę jego dziaþania.

Celem niniejszego opracowania jest wykorzystanie bloku przetwornika AD wbudowanego w

mikrokontroler ATmega8. Uwaga zostanie zwrcona na opis katalogowy mikrokontrolera oraz

praktycznie wykorzystanie w systemie pomiarowym (pomiar natħŇenia pola magnetycznego

czujnikami Halla).

2. Podstawowe wiadomoĻci

MikrokontroleryATmega8 posiadajĢ w zaleŇnoĻci od obudowy:

−

8 kanaþowy przetwornik ADC dla ukþadw w obudowach SMD

−

6 kanaþowy przetwornik ADC dla ukþadw produkowanychw obudowach DIP.

Wsplne cechy przetwornikw w ATmega8 to:

−

rozdzielczoĻę 10 bitw (1024 prbek),

−

0.5 LSB nieliniowoĻci charakterystyki przetwarzania,

−

°2 LSB caþkowitej dokþadnoĻci,

−

od 13-260Ǩs czasu konwersji,

−

6 multipleksowanych pojedyıczych wejĻę,

−

2 wsplnie multipleksowane wejĻcia (obudowy SMD),

−

zakres pomiaru ADC od 0 do V cc

−

przerwanie od zakoıczenia konwersji na postaę cyfrowĢ.

10-bitowy przetwornik ADC podþĢczony jest do 8-kanaþowego analogowego multipleksera.

WejĻcia tego multipleksera podþĢczone sĢ do Portu C mikrokontrolera. Przetwornik

teoretycznie posiada odseparowany obwd zasilania. Niestety w mikrokontrolerze ATmega8

dokumentacja wprowadza w bþĢd czytelnika, gdyŇ de facto zasilanie mikrokontrolera oraz

zasilanie przetwornika nie sĢ odseparowane (bþĢd podczas produkcji Î inne mikrokontrolery

AVR majĢ odseparowane zasilania).

Wewnħtrzne napiħcie odniesienia dla przetwornika wynosi 2.56V lub AV cc podane do

mikrokontrolera. Napiħcie odniesienia moŇe byę zewnħtrznie odsprzħŇony poprzez podpiħcie

kondensatora do pinu AREF. PoniŇej widoczny jest mikrokontroler ATmega8 w obudowie DIP

z opisanymi pinami znaczĢcymi dla ADC.

Obsþuga przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 Î CEZARY KLIMASZ

PoniŇej widoczny schemat blokowy przetwornika ADC.

Przetwornik konwertuje wejĻciowe napiħcie analogowe na 10-bitowĢ cyfrowĢ wartoĻę.

MinimalnĢ wartoĻę reprezentuje poziom masy zaĻ maksymalnĢ napiħcie AREF minus 1

najmniej znaczĢcy bit. Opcjonalnie, AV cc oraz wewnħtrzne Ņrdþo odniesienia 2.56V mogĢ byę

podþĢczone do pinu AREF poprzez zapis w rejestrze ADMUX bitu REFSn.

Analogowe wejĻcie wybierane jest poprzez zapis bitw MUX w rejestrze ADMUX.

Przetwornik aktywowany jest poprzez ustawienie bitu ADEN w rejestrze ADCSRA. Ustawienie

napiħcia odniesienia czy kanaþu wejĻciowego nie bħdzie miaþo skutku dopki ADEN nie

zostanie ustawiony. Przetwornik nie pobiera energii jeĻli bit ADEN jest wyczyszczony, dlatego

zaleca siħ wyþĢczaę przetwornik ADC przez przejĻciem do trybu pracy sleep mode.

ADC generuje 10-bitowy wynik, ktry prezentowany jest w rejestrach ADCH i ADCL.

DomyĻlnie wynik prezentowany jest ze skorygowaniem do prawej, moŇna to zmienię

ustawiajĢc korygowanie do lewej poprzez ustawienie bitu ADLAR w rejestrze ADMUX. JeĻli

wynik korygowany jest do lewej i potrzebna jest dokþadnoĻ wyŇsza niŇ 8 bitw, wystarczajĢcy

jest odczyt jedynie z rejestru ADCH. Z kolei, ADCL musi byę odczytane pierwsze, nastħpnie

ADCH aby mieę pewnoĻę, Ňe oba wyniki pochodzĢ z tej samej konwersji. Kiedy ADCL jest

odczytywany ADC blokuje dostħp do rejestrw danyh. Oznaza to, Ňe kiedy ADCL jest

odczytywane oraz konwersja zakoıczyþa siħ przed oczytem ADCH, Ňaden rejest nie jest

modyfikowany oraz Ňaden wynik nie jest tracony. Kiedy odczytywany jest rejestr ADCH, ADC

aktywuje dostħp do rejestrw danych.

Przetwornik ADC posiada wþasna przerwania, ktre wyzwalane sĢ kiedy przetwarzanie do

postaci cyfrowej koıczy siħ. Kiedy przetwornik korzysta z rejestrw danych zabronione jest

odczytywanie rejestrw ADCH oraz ADCL.

Obsþuga przetwornika ADC na mikrokontrolerze ATmega8 Î CEZARY KLIMASZ

Konwersja rozpoczyna siħ w momencie zapisu logicznej jedynki do bitu ADSC. Bit ten

pozostaje w stanie wysokim tak dþugo jak dþugo trwa konwersja i jest czyszczony sprzħtowo

kiedy konwersja koıczy siħ. JeĻli podczas konwersji zostanie wybrany inny kanaþ danych, ADC

skoıczy bieŇĢcĢ konwersjħ przed zmianĢ kanaþu.

DomyĻlnie aby uzyskaę maksymalnĢ rozdzielczoĻę pomiaru wejĻciowy zegar powinien

taktowaę z czħstotliwoĻciĢ pomiħdzy 50kHz a 200kHz. JeĻli potrzebujemy mniej niŇ 10-bitw

rozdzielczoĻci a czħstsze prbkowanie moŇemy zwiħkszyę czħstotliwoĻę taktowania powyŇej

200kHz. Blok przetwornika zawiera w sobie preskaler, ktry generuje sygnaþ zegarowy dla

ADC ponad 100kHz. Preskaler ustawiany jest poprzez wybr bitu ADPS w rejestrze ADCSRA.

Preskaler zaczyna zliczaę od momentu kiedy ADC zostaje zaþĢczony Î ustawienie bitu ADEN w

rejestrze ADCSRA. Zliczanie trwa tak dþugo jak dþugo ustawiony jest bit ADEN.

Po konwersji pomiaru (bit ADIF ustawiany na wysoki), wynik zostaje zapisany w rejestrach

ADCL oraz ADCH. ZaleŇnoĻę wiĢŇĢca wynik z pomiarem:

WartoĻę 0x000 reprezentuje poziom masy, zaĻ 0x3FF reprezentuje wartoĻę napiħcia

odniesienia minus 1 LSB.

Opis poszczeglnych rejestrw ADC

ADC Multiplexer Selection

ADMUX

Bity 7:6 Î REFS1:0 Î Bit wyboru napiħcia referencyjnego

Bit ten odpowiada za wybr odpowiedniego napiħcia co pokazuje poniŇsza tabela.

Bit 5 Î ADLAR: ADC Left Adjust Result

Bit ten odpowiada za odpowiednie prezentowanie wyniku konwersji. Zapis bitu jako

logicznej jedynki powoduje ustawienie korygowania do lewej. W innym wypadku do

prawej.

Bity 3:0 Î MUX3:0: Bit wyboru kanaþu analogowego

WartoĻę zapisana w tych bitach wybiera ktre z analogowych wejĻę podþĢczone jest

aktualnie do przetwornika.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: