- •2.1. Аналого-цифровые преобразователи в pic-микроконтроллерах
- •2.2. Библиотека функций управления аналогово-цифровым преобразователем компилятора с18
- •3. Порядок выполнения работы
- •3.1. Разработка мку для измерения и индикации величины аналогового напряжения
- •3.2. Задание для самостоятельной работы
- •5. Содержание отчета
Программирование PIC-микроконтроллеров
на языке Си
Лабораторная работа № 4
Исследование аналого-цифрового преобразователя PIC-микроконтроллера
1. Цель работы
Изучить принципы построения встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллеров семейства PIC18. Изучить и исследовать методы программирования АЦП на языке Си с помощью интегрированной среды MPLAB IDE. Исследовать методику проверки работы МКУ с АЦП и ЖК-дисплеем с помощью среды моделирования Proteus.
2. Основные теоретические сведения
2.1. Аналого-цифровые преобразователи в pic-микроконтроллерах
Все микроконтроллеры семейства PIC18 имеют встроенные многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используемые для преобразования аналогового входного напряжения в диапазоне от 0 до UDD (напряжение питания МК) в цифровой код. АЦП выдают 10-разрядный код, а число аналоговых каналов зависит от конкретного типа МК. Так, например, PIC18F242 имеет 6 аналоговых каналов. Для ввода аналоговых сигналов обычно используются линии порта А, которые требуется настроить на ввод. Реальная величина погрешности преобразования, характер использования выводов портов и скорость выполнения операций зависит от конкретного типа МК, а также тактовой частоты его работы.
После запуска АЦП требуется определенное время, называемое временем преобразования, необходимое для преобразования аналогового входного напряжения в цифровой код. Изменение входного напряжения во время процесса преобразования вносит нежелательную погрешность в генерируемый выходной код. Для уменьшения этой погрешности на входе АЦП включают устройство выборки-хранения (УВХ), состоящее из аналогового ключа и запоминающего конденсатора. Ключ замыкается при выборе канала АЦП, а конденсатор, после заряда, сохраняет значение входного напряжения канала на постоянном уровне, пока АЦП выполняет преобразование. Длительность временного интервала, который требуется для заряда запоминающего конденсатора, определяется параметрами входной цепи, а также температурой окружающей среды. В большинстве случаев можно принять, что максимальное время заряда запоминающего конденсатора не превышает 20 мкс.
Модуль АЦП имеет внутренний делитель частоты, обеспечивающий деление тактовой частоты МК в 2, 4, 8, 16, 32 и 64 раза. Встроенный RC-генератор с частотой 250 кГц обычно используется для АЦ-преобразования в тех случаях, когда сам МК переводится в энергосберегающий режим SLEEP.
Минимальное время преобразования АЦП определяется суммарным временем, которое требуется для установки времени на запоминающем конденсаторе и для полного завершения самого АЦ-преобразования.
Результат АЦ-преобразования запоминается в двух регистрах МК: старший байт в ADRESH и младший байт в ADRESL. Этот результат может размещаться в двух различных форматах, которые называются:
с правым выравниванием;
с левым выравниванием.
В формате «с правым выравниванием» в шесть старших разрядах регистра ADRESH записываются нули, а в два младших разряда - соответственно два старших бита полученного результата.
В формате «с левым выравниванием» восемь старших бит результата записываются в регистр ADRESH, а младшие биты результата запоминаются в регистре ADRESL.
2.2. Библиотека функций управления аналогово-цифровым преобразователем компилятора с18
Для облегчения разработки программ управления встроенным аналогово-цифровым преобразователем микроконтроллеров семейства PIC18 в библиотеке пакета MCC18 имеются несколько функций, которые являются специфическими для компилятора С18 и не существуют в стандартной библиотеке ANSI C. Функции приведены в табл. 1. Полное описание этих функций дано в заголовочном файле с именем adc.h.
Таблица 1
Функции компилятора С18 для АЦП
Функция |
Описание |
OpenADC( ) |
Конфигурирует АЦП |
SetChanADC( ) |
Выбирает канал, который будет использоваться |
ConvertADC( ) |
Запускает АЦП |
BusyADC( ) |
Проверяет, занят ли сейчас АЦП |
ReadADC( ) |
Считывает результат преобразования АЦП |
CloseADC( ) |
Отключает АЦП |
Рассмотрим вкратце библиотечные функции управления АЦП.
OpenADC( ) – конфигурирует АЦП. Прототип функции:
void OpenADC(unsigned char config, unsigned char config2);
Аргументы функции:
config – это бинарная маска, которая создается с помощью операции поразрядного И ( & ) со значениями от каждой категории, перечисленными далее.
Источник тактирования АЦП:
ADC_FOSC_2 Коэффициент деления частоты FOSC
ADC_FOSC_4 генератора тактовых импульсов МК на
………………. 2, 4, 8, 16, 32, 64
ADC_FOSC_64
ADC_FOSC_RC Внутренний RC-генератор модуля АЦП
Способ размещения результата АЦ-преобразования:
ADC_RIGHT_JUST Правое выравнивание
ADC_LEFT_JUST Левое выравнивание
Источник опорного напряжения:
ADC_1ANA_0REF AN0 – аналоговый вход, UREF+ = UDD,
UREF- = USS
ADC_1ANA_2REF AN0 – аналоговый вход, AN3 = UREF+,
AN2 = UREF-
ADC_2ANA_2REF AN0, AN1 – аналоговые входы,
AN3 = UREF+, AN2 = UREF-
ADC_3ANA_0REF AN0, AN1, AN3 – аналоговые входы,
UREF+ = UDD, UREF- = USS
…………………….
config2 – это бинарная маска, которая создается с помощью операции поразрядного И ( & ) со значениями от каждой категории, перечисленными далее.
Выбор канала АЦП:
ADC_CH0 Канал 0
ADC_CH1 Канал 1
ADC_CH2 Канал 2
………………………..
Прерывания от АЦП:
ADC_INT_ON Прерывания разрешены
ADC_INT_OFF Прерывания запрещены
Пример записи функции OpenADC( ), которая будет использована в данной лабораторной работе:
OpenADC(ADC_FOSC_4 & ADC_RIGHT_JUST & ADC_1ANA_ 0REF,
ADC_CH0 & ADC_INT_OFF);
Эта функция задает тактирование АЦП от генератора МК, коэффициент деления частоты FOSC равен 4; правое выравнивание результата АЦ-преобразования; один аналоговый вход AN0, опорные напряжения UREF+ = UDD, UREF- = USS ; выбирается канал 0 (вход AN0); запрещаются прерывания от АЦП.
Следующая функция SetChanADC( ) выбирает канал, который будет использовать АЦП. Прототип функции:
void SetChanADC(unsigned char channel);
Аргумент функции: channel
ADC_CH0 Канал 0
ADC_CH1 Канал 1
ADC_CH2 Канал 2
…………….
Пример записи функции, который будет использоваться в лабораторной работе:
SetChanADC(ADC_CH0);
Выбирается канал 0, т.е. аналоговый сигнал должен подаваться на линию AN0 (вывод RA0 порта А).
Функция ConvertADC( ) осуществляет запуск (старт) АЦ-преобразования. Прототип функции:
void ConvertADC(void);
Функция BusyADC( ) – АЦП в данный момент выполняет преобразование? (по-другому, АЦП занят?). Прототип функции:
char BusyADC(void);
Эта функция возвращает значение 1, если АЦП выполняет преобразование (АЦП занят), и возвращает значение 0, если АЦП не выполняет преобразование (АЦП свободен).
Функция ReadADC( ) – чтение результата АЦ-преобразования. Прототип функции:
int ReadADC(void);
Эта функция возвращает двухбайтное число, в котором размещается 10-разрядный код АЦП. Он размещается в младших или старших разрядах числа в соответствие с параметром, заданным в функции OpenADC( ).
Функция CloseADC( ) – отключение АЦП. Прототип функции:
void CloseADC(void);
Эта функция отключает модуль АЦП, при этом он не потребляет ток от источника питания.
Для осуществления АЦ-преобразования входного сигнала программа МК должна сделать следующие действия:
выполнить конфигурацию АЦП с помощью задания соответствующих аргументов в функции OpenADC( );
выбрать канал для ввода аналогового сигнала с помощью функции SetChanADC( );
выполнить задержку на время 20 мкс для заряда конденсатора схемы выборки-хранения;
запустить преобразование с помощью функции ConvertADC( );
производить периодический опрос готовности данных АЦП с помощью функции BusyADC( ) (если не используется прерывание от АЦП);
в случае готовности данных считать результат АЦ-преобразования с помощью функции ReadADC( ).