Obvody analogově-digitálního převodníku AVR
Mikrořadič Atmega16(32) obsahuje vnitřní A/D převodník. Tento zvyšuje univerzálnost mikrořadiče pro různé druhy měření analogových fyzikálních veličin, když není potřeba vlastní mikrořadič doplňovat o další externí obvody pro digitalizaci.
Mikrořadiče tohoto typu mají 10-ti bitový A/D převodník, který pracuje na principu postupné aproximace. Před vlastním A/D převodníkem je umístěn analogový multiplexer, který umožňuje snímat napětí na přepínaných 8-mi vstupech.
A/D převodník má zakomponovaný vzorkovací obvod se zesilovačem. Tento vzorkovací obvod je předurčen pro udržování konstantní hodnoty napětí na vstupu napěťového komparátoru A/D převodníku po dobu převodu.
A/D převodník má oddělené napájecí napětí (AUcc) a analogovou zem (AGND).
Činnost obvodu analogově-digitálního převodníku si vysvětlíme na následujícím obrázku:
Obr. 1: Obvodové schéma analogově-digitálního převodníku mikrořadiče AVR Atmega
Popis činnosti A/D převodníku dle obrázku schémata:
Analogově digitální převod je prováděný na principu metody nazývané postupná aproximace. Tento způsob činnosti spočívá v postupném generování nespojité napěťové úrovně na výstupu digitálně-analogového převodníku (DAC). Výstupní napětí DAC je porovnáváno s měřeným (převáděným) napětím obvodem napěťového komparátoru. Výstupní úroveň komparace napěťového komparátoru je přivedena do řídící logiky ADC obvodu. Na základě výsledku porovnání je přestavována hodnota 10-bit obvodu DAC. Dojde-li ke komparaci, která je výsledké vyhledání hodnoty měřeného napětí digitálně-analogovým převodníkem, potom vstupní údaj na sběrnici mezi řídící logikou a DAC obvodem je považovaný za výsledek převodu. Měřené napětí na PortuA mikrořadičem je vybíráno pomocí multiplexeru, který je řízen kanálem výběru z kombinačního obvodu MUX Decoder. Měřící kanál s nastavuje I/O registrem ADMUX.
A/D převodník má tyto základní charakteristiky:
- 10-ti bitové rozlišení;
- součinová chyba převodu je 0,5 LSB;
- součtová chyba +2LSB;
- doba převodu je od 65 do 260 mikrosekund;
- rychlost převodu je maximálně 15 kSPS (zpracuje 15000 vzorků za sekundu);
- 8 multiplexně přepínaných vstupů pro měření;
- 7 diferenčních vstupních kanálů;
- 2 diferenční kanály s volitelným ziskem;
- volitelný interní zdroj referenčního napětí;
- volitelné režimy jednoduchý převod, automatické spouštění nebo samočinný běh;
- možnost vyvolání přerušení po dokončení převodu;
- možnost spouštění převodu dalším přerušením;
- obsahuje obvody pro potlačení šumu v režimu Idle.
Popis registů I/O pro řízení a konfiguraci A/D převodníku:
Tab. 1: Význam bitů registru ADMUX
Popis významu bitů registru ADMUX:
REFS1, REFS0 - výběr referenčního napětí;
ADLAR - výběr zarovnání výsledku v datových registrech ADCh a ADCL;
MUX0 až MUX4 - výběr multiplexovaného vstupního kanálu A/D převodníku.
Tab. 2: Význam bitů registru ADCSRA
Popis významu bitů registru ADCSRA:
ADEN - zapnutí/vypnutí A/D převodníku. Je-li ADEN = log.1, převodník je zapnutý;
ADSC - start A/D převodu. Je-li ADSC = log.1, je zahájena činnost A/D převodníku;
ADATE - režim automatického spoštění převodu;
ADIF - příznak přerušení od A/D převodníku při dokončeném převodu;
ADIE - povolení inicializace přerušení od A/D převodníku;
ADPS0 až ADPS2 - výběr pro nastavení předděličky hodinového kmitočtu A/D převodníku.
Zdroje
- MATOUŠEK, David. Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR ATmega16. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2006, 319 s. μC. ISBN 80-730-0174-8.
- VÁŇA, Vladimír. Mikrokontroléry ATMEL AVR: programování v jazyce C : popis a práce ve vývojovém prostředí CodeVisionAVR C. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2003, 215 s. ISBN 80-730-0102-0.
- [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf
Obrázky a tabulky
- Obr. 1: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf
- Tab. 1, 2: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf
Zapamatuj si
- Analogově-digitální převodník převádí analogovou hodnotu napětí (v čase spojitou) na binární kód, který se zapisuje do dvojice registrů ADCL a ADCH;
- Horní hranice měřícího rozsahu napětí je totožná s hodnotou vybraného referenčního napětí;
- Při nastavení externího zdroje referenčního napětí nesmíme nastavit bit REFS0 registru ADMUX na log. jedničku, může dojít ke kolizi zdrojů vnitřního napětí a tím i ke zničení mikrořadiče;
- Rozsah řídicího kmitočtu A/D převodníku je od 50 kHz do 200 kHz, tento se nastavuje programovatelnou děličkou kmitoču (Prescaler), která je konfigurována bity ADPS0 až ADPS2 registru ADCSRA.
Názvosloví
AVRPRESCALER - předdělička kmitočtu.
CONVERSION LOGIC - řídící logický obvod převodníku.
MUX DECODER - demultiplexer, elektronický přepínač řízený binární kódem.
10-BIT DAC - digitálně-analogový převodník s rozlišením 10 bitů.
SAMPLE & HOLD COMPARATOR - napěťový komparátor se vzorkovacím obvodem, který konstantní úroveň měřeného napětí na vstupu po dobu převodu.
GAIN APLIFIER - řízení napěťového přenosu zesilovače (zesílení).
TRIGER SELECT - klopný obvod výběru spouštění převodu ADC.
BANDGAP REFERENCE - zdroj referenčního pro kalibraci ADC.