วิธีใช้ adc ในไมโครคอนโทรลเลอร์ avr atmega16

คุณสมบัติทั่วไปอย่างหนึ่งที่ใช้ในแอพพลิเคชั่นฝังตัวเกือบทุกตัวคือโมดูล ADC (ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล) เหล่านี้ แปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล สามารถอ่านแรงดันไฟฟ้าจากเซ็นเซอร์อนาล็อกเช่นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ, เซ็นเซอร์เอียงเซ็นเซอร์ปัจจุบัน Flex เซ็นเซอร์ ฯลฯ ในการกวดวิชานี้เราจะเรียนรู้ ADC คืออะไรและวิธีการใช้ ADC ใน ATmega16 บทช่วยสอนนี้รวมถึงการเชื่อมต่อโพเทนชิออมิเตอร์ขนาดเล็กเข้ากับขา ADC ของ Atmega16 และ LED 8 ดวงใช้เพื่อแสดงแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงของค่าเอาต์พุต ADC ตามการเปลี่ยนแปลงของค่าอินพุต ADC

ก่อนหน้านี้เราได้อธิบาย ADC ในไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ:

• วิธีใช้ ADC ใน ARM7 LPC2148 - การวัดแรงดันอนาล็อก
• วิธีใช้ ADC ใน STM32F103C8 - การวัดแรงดันอนาล็อก
• วิธีใช้ ADC ใน MSP430G2 - การวัดแรงดันอนาล็อก
• วิธีใช้ ADC ใน Arduino Uno
• การใช้โมดูล ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC กับ MPLAB และ XC8

ADC คืออะไร (การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล)

ADC ย่อมาจาก Analog to Digital Converter ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ADC เป็นอุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณแอนะล็อกเช่นกระแสและแรงดันเป็นรหัสดิจิทัล (รูปแบบไบนารี) ในโลกแห่งความเป็นจริงสัญญาณส่วนใหญ่เป็นแบบอะนาล็อกและไมโครคอนโทรลเลอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์เข้าใจภาษาไบนารีหรือดิจิทัล (0 หรือ 1) ดังนั้นเพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์เข้าใจสัญญาณแอนะล็อกเราต้องแปลงสัญญาณแอนะล็อกเหล่านี้ให้อยู่ในรูปดิจิทัล ADC ทำเพื่อเรา ADC มีหลายประเภทสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันADC ที่ได้รับความนิยมไม่กี่แห่ง ได้แก่ แฟลชการประมาณต่อเนื่องและซิกม่าเดลต้า

ประเภทที่ถูกที่สุดของ ADC คือการประมาณตามลำดับและในบทช่วยสอนนี้จะใช้ ADC แบบประมาณต่อเนื่อง ใน ADC ประเภทการประมาณต่อเนื่องจะมีการสร้างชุดรหัสดิจิทัลซึ่งแต่ละรหัสสอดคล้องกับระดับอะนาล็อกแก้ไขตามลำดับ ตัวนับภายในใช้เพื่อเปรียบเทียบกับสัญญาณอนาล็อกภายใต้การแปลง การสร้างจะหยุดลงเมื่อระดับอนาล็อกมีขนาดใหญ่กว่าสัญญาณอนาล็อก รหัสดิจิทัลสอดคล้องกับระดับอนาล็อกคือการแสดงสัญญาณดิจิตอลที่ต้องการของสัญญาณอนาล็อก นี่เป็นการจบคำอธิบายเล็กน้อยของเราเกี่ยวกับการประมาณต่อเนื่อง

หากคุณต้องการสำรวจ ADC ในเชิงลึกคุณสามารถดูบทแนะนำก่อนหน้าของเราเกี่ยวกับ ADC ADC มีจำหน่ายในรูปแบบของ IC และไมโครคอนโทรลเลอร์ยังมาพร้อมกับ ADC ในตัวในปัจจุบัน ในการกวดวิชานี้เราจะใช้ADC ของ inbuilt ATmega16 มาพูดคุยเกี่ยวกับ ADC ในตัวของ Atmega16

ADC ในไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR Atmega16

Atmega16 มี ADC 10 บิตและ 8 แชนเนลในตัว 10 บิตสอดคล้องกับที่หากแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็น 0-5V จะถูกแบ่งออกเป็นค่า 10 บิตเช่น 1024 ระดับของค่าอนาล็อกแบบไม่ต่อเนื่อง (2 ¹⁰ = 1024) ตอนนี้8-channelสอดคล้องกับ 8 ADC Pins เฉพาะบน Atmega16 ซึ่งแต่ละพินสามารถอ่านแรงดันอนาล็อกได้ Complete PortA (GPIO33-GPIO40) มีไว้สำหรับการทำงานของ ADC โดยค่าเริ่มต้นพิน PORTA เป็นพิน IO ทั่วไปหมายความว่าพินพอร์ตเป็นมัลติเพล็กซ์ ในการใช้พินเหล่านี้เป็นพิน ADC เราจะต้องกำหนดค่ารีจิสเตอร์เฉพาะสำหรับการควบคุม ADC นี่คือเหตุผลที่รีจิสเตอร์เรียกว่าการลงทะเบียนควบคุม ADC ให้เราพูดถึงวิธีการตั้งค่าการลงทะเบียนเหล่านี้เพื่อเริ่มทำงานของ ADC ในตัว

ADC Pins ใน Atmega16

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. Atmega16 ไมโครคอนโทรลเลอร์ IC
2. 16Mhz คริสตัลออสซิลเลเตอร์
3. ตัวเก็บประจุ 100nF สองตัว
4. ตัวเก็บประจุ 22pF สองตัว
5. ปุ่มกด
6. สายจัมเปอร์
7. เขียงหั่นขนม
8. USBASP v2.0
9. LED (สีใดก็ได้)

แผนภูมิวงจรรวม

การตั้งค่า ADC control Registers ใน Atmega16

1. ลงทะเบียน ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register) :

ADMUX Register ใช้สำหรับเลือกช่องสัญญาณ ADC และเลือกแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง ภาพด้านล่างแสดงภาพรวมของการลงทะเบียน ADMUX คำอธิบายอธิบายไว้ด้านล่าง

• บิต 0-4:บิตการเลือกช่องสัญญาณ

MUX4	MUX3	MUX2	MUX1	MUX0	เลือกช่อง ADC
0	0	0	0	0	ADC0
0	0	0	0	1	ADC1
0	0	0	1	0	ADC2
0	0	0	1	1	ADC3
0	0	1	0	0	ADC4
0	0	1	0	1	ADC5
0	0	1	1	0	ADC6
0	0	1	1	1	ADC7

• Bit-5: ใช้เพื่อปรับผลลัพธ์ไปทางขวาหรือซ้าย

ADLAR	คำอธิบาย
0	ขวาปรับผลลัพธ์
1	ซ้ายปรับผลลัพธ์

• บิต 6-7: ใช้เพื่อเลือกแรงดันอ้างอิงสำหรับ ADC

REFS1	REFS0	การเลือกอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า
0	0	AREF, Vref ภายในปิดอยู่
0	1	AVcc พร้อมตัวเก็บประจุภายนอกที่ขา AREF
1	0	ที่สงวนไว้
1	1	ภายใน 2.56 แรงดันอ้างอิงกับตัวเก็บประจุภายนอกที่ AREF Pin

ตอนนี้เริ่มกำหนดค่าบิตรีจิสเตอร์เหล่านี้ในโปรแกรมเพื่อให้เราได้รับ Internal ADC อ่านและส่งออกไปยังพินทั้งหมดของ PORTC

การเขียนโปรแกรม Atmega16 สำหรับ ADC

โปรแกรมที่สมบูรณ์ได้รับด้านล่าง เบิร์นโปรแกรมใน Atmega16 โดยใช้ JTAG และ Atmel studio แล้วหมุนโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อเปลี่ยนค่า ADC ในที่นี้รหัสจะอธิบายทีละบรรทัด

เริ่มต้นด้วยการสร้างหนึ่งฟังก์ชันเพื่ออ่านค่าที่แปลง ADC จากนั้นส่งค่าช่องเป็น 'chnl' ในฟังก์ชัน ADC_read

ADC_read int ที่ไม่ได้ลงชื่อ (char chnl ที่ไม่ได้ลงชื่อ)

ค่าช่องต้องอยู่ระหว่าง 0 ถึง 7 เนื่องจากเรามีช่อง ADC เพียง 8 ช่อง

chnl = chnl & 0b00000111;

ด้วยการเขียน '40' เช่น '01000000' ลงในทะเบียน ADMUX เราเลือก PORTA0 เป็น ADC0 ซึ่งจะเชื่อมต่ออินพุตอนาล็อกสำหรับการแปลงดิจิทัล

ADMUX = 0x40;

ตอนนี้ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการแปลง ADC โดยการเขียน ONE เป็น ADSC Bit ในการลงทะเบียน ADCSRA เราจะเริ่มการแปลง หลังจากนั้นรอให้บิต ADIF ส่งคืนค่าเมื่อการแปลงเสร็จสมบูรณ์ เราหยุดการแปลงโดยเขียน '1' ที่ ADIF Bit ในทะเบียน ADCSRA เมื่อการแปลงเสร็จสมบูรณ์แล้วให้ส่งคืนค่า ADC

ADCSRA - = (1 < ในขณะที่ (! (ADCSRA & (1 < ADCSRA - = (1 < ผลตอบแทน (ADC);

ที่นี่แรงดันอ้างอิง ADC ภายในถูกเลือกโดยการตั้งค่า REFS0 บิต หลังจากนั้นให้เปิดใช้งาน ADC และเลือก prescaler เป็น 128

ADMUX = (1 < ADCSRA = (1 <

ตอนนี้บันทึกค่า ADC และส่งไปยัง PORTC ใน PORTC มีการเชื่อมต่อ LED 8 ดวงซึ่งจะแสดงเอาต์พุตดิจิตอลในรูปแบบ 8 บิต ตัวอย่างที่เราได้แสดงให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0V ถึง 5V แตกต่างกันโดยใช้หม้อ 1K

ฉัน = ADC_read (0); PORTC = ฉัน;

Digital Multimeter ใช้เพื่อแสดงแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกใน ADC Pin และ 8 LED ใช้เพื่อแสดงค่า ADC 8 บิตที่สอดคล้องกัน เพียงแค่หมุนโพเทนชิออมิเตอร์และดูผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันบนมัลติมิเตอร์เช่นเดียวกับไฟ LED เรืองแสง

รหัสที่สมบูรณ์และวิดีโอการทำงานได้รับด้านล่าง