Struktura

Obvody analogově-digitálního převodníku AVR

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.

Logolink