6 Изучение принципов работы со встроенным в микроконтроллер аналого-цифровым преобразователем на примере измерения температуры с помощью аналогового термодатчика.

Цель работы: изучить принципы функционирования встроенного в микроконтроллер AVR АТMEGA128 АЦП и методику измерения температуры с помощью аналогового термодатчика.

6.1 Указания по организации самостоятельной работы

Перед работой необходимо проработать теоретический материал по литературе [1, 4] и конспект лекций, ознакомиться принципами функционирования и возможностями программирования встроенного в микроконтроллер AVR АТMEGA 128 АЦП, изучить методику измерения температуры с помощью аналогового термодатчика.

В состав микроконтроллера AVR АТMEGA 128 входит 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), реализующий принцип последовательного приближения (см. рисунок 6.1). На входе модуля АЦП имеется 8-ми канальный аналоговый мультиплексор, управляющий переключением данных, поступающих с восьми каналов с несимметричными входами. В качестве источника опорного напряжения может выступать напряжение от внутреннего источника U_REF (2.56 В), напряжение питания микроконтроллера U_CC, или внешнего источника. Наибольшая точность преобразования достигается при тактовой частоте модуля АЦП порядка 50  200 кГц. Модуль АЦП может функционировать в режимах одиночного и непрерывного преобразований. Стандартное преобразование аналогового значения в цифровое с помощью встроенного АЦП выполняется за 13 тактов, одиночное – за 25 тактов. Результат преобразования для каналов с несимметричным входом определяется из выражения:

,

где – значение входного напряжения,– величина опорного напряжения.

Рисунок 6.1 – Обобщенная структурная схема модуля АЦП

в микроконтроллере AVR АТMEGA 128

Для работы с модулем АЦП используются следующие регистры:

ADCW (ADCH, ADCL) – 16-разрядный регистр данных, расположенный по адресу 4h/24h. В регистре используется 10 разрядов, выровненных по левой или правой границе.

ADCSRA – регистр управления/статуса.

ADMUX – регистр управления мультиплексором входных каналов.

Форматы и описания отдельных битов регистров ADCSRA и ADMUX приводится на рисунках 6.2, 6.3 и в таблицах 6.1, 6.2 соответственно.

№ бита	7	6	5	4	3	2	1	0
06h (26h)	ADEN	ADSC	ADFR	ADIF	ADIE	ADPS2	ADPS1	ADPS0

Рисунок 6.2 – Регистр состояния ADCSRA

Таблица 6.1 – Описание значений управляющих битов регистра ADCSRA

Разряд	Обозначение	Описание
7	ADEN	Разрешение работы АЦП: 0 – выкл.; 1- вкл.
6	ADSC	Запуск преобразования (1 – начать преобразование)
5	ADFR	Выбор режима работы АЦП: 1 – режим непрерывного преобразования, 0 – режим одиночного преобразования
4	ADIF	Флаг прерывания ( 1 – произошло прерывание от АЦП). Сбрасывается аппаратно при переходе на процедуру обработки прерывания.
3	ADIE	Обмен по прерыванию (1–разрешение прерывания)
2 – 0	ADPS2- ADPS0	Управление предделителем тактовой частоты АЦП
		ADPS2	ADPS1	ADPS0	k
		0	0	0	2
		0	0	1	2
		0	1	0	4
		0	1	1	8
		1	0	0	16
		1	0	1	32
		1	1	0	64
		1	1	1	128

№ бита	7	6	5	4	3	2	1	0
07h (27h)	REFS1	REFS0	ADLAR	MUX4	MUX3	MUX2	MUX1	MUX0

Рисунок 6.3 – Регистр состояния ADMUX

Таблица 6.2 – Описание значений управляющих битов регистра ADMUX.

Разряд	Обозначение	Описание
7, 6	REFS1, REFS0	Выбор источника опорного напряжения (ИОН)
		REFS1	REFS0	ИОН
		0	0	Внешний, AREF
		0	1	Напряжение питания UCC
		1	0	Зарезервировано
		1	1	Внутренний (2,56 В), UREF
5	ADLAR	Выравнивание 10-битового результата по границе слова: 0 – по правой, 1 – по левой.
4,3,2,1,0	MUX4 – MUX0	Управление мультиплексором входных каналов: при использовании несимметричных входов код на линиях MUX2–MUX0 соответствует номеру канала.

Согласно формату регистров ADCSRA и ADMUX для работы с модулем АЦП в режиме одиночного преобразования необходимо при каждом чтении данных из регистра ADCW выполнить следующий инициализирующий код на языке С:

ADMUX=0b11000000; используется внутренний источник опорного

напряжения U_REF (2.56 В), оцифровывание данных,

поступающих по 0-му входному каналу;

ADCSRA=0b11000000; запуск модуля АЦП в режиме одиночного преобразования.

Если используется режим, в котором модуль АЦП генерирует прерывание ADCINT(cм. таблицу 4.1) по окончанию преобразования, то необходимо обязательно описать процедуру обработки данного прерывания.