2.2 Аналогово-цифровой преобразователь микроконтроллеровAvr

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для преобразования аналогового напряжения в цифровую форму. На вход АЦП поступает обычное аналоговое напряжение(0 до 5В). Преобразователь измеряет величину этого напряжения и выдает на выходе цифровой код, соответствующий этой величине.

АЦП применяются в микропроцессорных системах управления, которые должны управлять различными аналоговыми процессами. Например, микро­процессорный стабилизатор напряжения, цифровой вольтметр и т. п.

В микроконтроллерах AVR применяется десятиразрядное АЦП последовательного приближения.

Микросхемы, имеющие в своем составе встроенный АЦП, обязательно имеют раздельное питание для цифровой и для аналоговой частей схемы. Поэтому они имеют два вывода питания и два вывода общего провода. Один из выводов зарезервирован для подачи на микросхему внешнего опорного напряжения. Опорное напряжение используется в схеме АЦП для оценки уровня входного сигнала. От стабильности опорного напряжения зависит точность измерения.

Каждый АЦП снабжен многоканальным аналоговым коммутатором (мультиплексором), который позволяет измерять аналоговое напряжение с нескольких разных входов. Количество входов АЦП у разных микросхем различное. Существуют варианты в 4, 6, 8 и 11 входов.

Обычно измеряемый сигнал прикладывается между соответствующим входом АЦП и аналоговым общим проводом. Такие входы называются несим­метричными. В некоторых микроконтроллерах имеется режим, в котором входы АЦП объединяются попарно и образуют дифференциальные входы. Дифференциальные входы отличаются от обычных тем, что измеряемый сигнал прикладывается между двумя входами: прямым и инверсным. При этом наводимые помехи компенсируются, а полезный сигнал проходит без изменений. Такие входы называются симметричными.

Процесс преобразования напряжения в код занимает 13 или 14 тактов. За это время происходит подбор кода методом последовательных приближений. По окончании процесса преобразования вырабатывается запрос на прерывание.

Результат преобразования записывается в пару регистров ADCH, ADCL. Из шестнадцати разрядов этой регистровой пары используются только 10. Остальные всегда равны нулю. Причем могут использоваться либо десять старших разрядов (ADCH7-ADCH0, ADCL7, ADCL6), либо десять младших разрядов (ADCH1, ADCHO, ADCL7-ADCL0). Это зависит от выбранного режима работы.

АЦП могут работать как в одиночном режиме, так и в непрерывном. В непрерыв­ном режиме преобразования идут один за другим. В одиночном режиме процесс преобразования запускается однократно от одного из следующих событий: прерывания от аналогового компаратора; внешнего прерывания INTO; прерывания по событию «Совпадение» одного из таймеров; прерывания по переполнению одного из таймеров; прерывания по событию «Захват» одного из таймеров или из программы.

Управление всеми режимами работы АЦП производится при помощи двух специальных регистров ADMUX и ADCSR. Регистр ADMUX предназначен для управления входным аналоговым мультиплексором. Регистр ADCSR предназначен для выбора режима работы АЦП.

Процесс преобразования в АЦП синхронизируется от внутреннего генератора микроконтроллера. Тактовый сигнал от генератора поступает на АЦП через предварительный делитель с программируемым коэффициентом деления.

Коэффициент деления зависит от значения разрядов ADPSO, ADPS1 и ADPS2 регистра ADCSR и может принимать значения 2,4,8,16,32,64 и 128.