User Tools

Site Tools


pl:avrc:art:0x04

Wymagania

  1. Jak poprzednio + potencjometr

Komparator


Jednym z peryferiów układu ATMega8A jest komparator analogowy . Jest to układ porównujący dwa napięcia na wejściach: nieodwracającym AIN0 oraz odwracającym AIN1. Jeżeli napięcia na wejściu AIN0 jest większe od tego na AIN1 to wyjście komparatora (ACO1) - bit 5 rejestru ACSR2)) jest ustawiane jako logiczna 1. Wyjście komparatora może wywoływać przerwanie lub wpływać na Timer/Counter1. Komparator jest opisany w nocie katalogowej w rozdziale 21 Analog Comparator.

Rejestry sterujące

SFIOR

W tym rejestrze tylko 1 bit reguluje prace komparatora: ACME - Analog Comparator Multiplexer Enable. Jest to bit 3.

SFIOR |= (1<<ACME);
SFIOR &= ~(1<<ACME);

Możliwe jest ustawienie dowolnego pinu wejścia ADC jako wejścia odwracającego (zamiast AIN1). W takim przypadku ADC musi być wyłączony (bit ADEN w ADCSRA), natomiast bit ACME3) w rejestrze SFIOR4) musi być aktywny.

ADMUX

Za pomocą bitów MUX2:0 w rejestrze ADMUX wybiera się pin wejścia odwracającego komparatora:

ACME ADEN MUX2:0 Wejście odwracające
0 x xx AIN 1
1 1 xx AIN 1
1 0 000 ADC0
1 0 001 ADC1
1 0 010 ADC2
1 0 011 ADC3
1 0 100 ADC4
1 0 101 ADC5
1 0 110 ADC6
1 0 111 ADC7

Uwaga: Piny ADC6 i ADC7 są dostępne w układach ATMega8A produkowanych w obudowach QFN i MLF ale nie w DIP.

ACSR

ACSR - Analog Comparator Control and Status Register
Bit Nazwa bitu Analog Comparator Opis
7 ACD Disable Jeżeli jest aktywny komparator jest wyłączony. Jeżeli gasimy ten bit, bit ACIE (przerwanie komparatora) musi być wyłączony, w przeciwnym wypadku w momencie uruchamiania komparatora może zostać wywołane przerwanie komparatora.
6 ACBG Bandgap Select Jeżeli ten bit jest aktywny wejście nieodwracające (AIN0) zostaje podłączone do wewnętrznego referencyjnego źródła napięcia odniesienia 2.56 [V].
5 ACO Output Wskazuje stan wyjścia komparatora, jest synchronizowany z dokładnością 1-2 cykli zegarowych. (Tylko do odczytu)
4 ACI Interrupt Flag Jest zapalany jeżeli występuje przerwanie komparatora.
3 ACIE Interrupt Enable Jeżeli jest aktywny przerwanie komparatora zostanie wywołane w przypadku wybranym przez ACIS1:0.
2 ACIC Input Capture Enable Jeżeli jest aktywny zostaje włączona funkcja Input Capture w Timer/Counter1
1 ACIS1 Interrupt Mode Select Wybiera jakie zdarzenie wywołuje przerwanie komparatora.
0 ACIS0
ACIS1 ACIS0 Przerwanie
0 0 w momencie zmiany
0 1 w momencie zmiany
1 0 w momencie opadającego zbocza
1 1 w momencie rosnącego zbocza
 ACSR |= (1<<ACD)|(1<<ACBG)|(1<<ACO)|(1<<ACI)|(1<<ACIE)|(1<<ACIC)|(1<<ACIS1)|(1<<ACIS0); 

Zastosowanie

Komparatory stosuje się np do:

  • Sprawdzania napięcia baterii
  • Cyfryzacji sygnałów czujników analogowych
  • Budowy oscylatorów
  • Budowy buforów napięciowych
  • Budowy przetworników ADC

Napięcie odniesienia

Czasami użytecznym staje się zastosowanie układu zewnętrznego źródła napięcia odniesienia, które jest dużo stabilniejsze od dzielnika napięcia.

Przykład

  • 8 diod podłączamy do dowolnego wolnego portu
  • Jeden z potencjometrów w konfiguracji dzielnika napięcia zasilania podłączamy do dowolnego wejścia multipleskera (piny oznaczone ADC w przykładowym kodzie połączony jest pin ADC7)
  • Wejście AREF5) sprzęgamy z dodatnią szyną zasilania za pomocą kondensatora (rzędu nF)
ISR(ANA_COMP_vect)
{
	PORT ^= 2;
	//PORT |= 0xFF;
}
 
int main()
{
	//Porty trzeba initializowac
 
	ADCSRA&=~(1<<ADEN); //ADC musi być wyłączone jeżeli kożystamy z multipleksera
 
	//Skozystamy z multipleksera
	SFIOR |= (1<<ACME);
	ADMUX |= 0x07;
 
	//konfigurujemy
	ACSR  |= (1<<ACD)|(1<<ACBG)|(1<<ACI)|(0<<ACIC)|(1<<ACIE)|(0<<ACIS1)|(0<<ACIS0);
 
	//uruchamiamy gaszac bit
	ACSR  &= ~(1<<ACD);
 
	sei();
 
	for(;;)
	{
		_delay_ms(50);
		if ((ACSR & (1<<ACO)))
			PORT |= 1;
		else
			PORT &= ~1;
	}
  • Sprawdź jak układ zachowuje się po podłączeniu kondensatora do linii sygnału z potencjometru.
  • Sprawdź zachowanie układu przy różnych ustawieniach ACIS.
  • Podłącz źródło sygnału do komparatora bez pośrednictwa multipleksera.
  • Zamiast korzystać z wewnętrznego źródła napięcia skorzystaj z zewnętrznego (potencjometr do wejścia AREF).
  • Jeżeli posiadasz przyrządy pomiarowe, sprawdź przy jakich napięciach zachodzą zmiany.

ADC

Układy ATMega8 posiadają również wbudowany prosty przetwornik ADC korzystający z metody sukcesywnej aproksymacji. Jego parametry są zestawione w poniższej tabeli:

Parametr Wartość Jednostka Opis
ResolutionRozdzielczość 10 bit Określa minimalną zmianę napięcia jaką może zarejestrować przetwornik 6)
Integral Non-linearity (INL)Nieliniowość całkowa0.5LSB7)Określa maksymalną różnicę pomiędzy wartością zmierzoną a oczekiwaną(idealną). W tym przypadku pół najmniej znaczącego bitu.
Absolute AccuracyBezwzględna dokładność ±2 LSB Określa zakres błędu przetwarzania
Conversion TimeCzas konwersji 13 ÷ 260 µs Czas trwania przetwarzania 1 próbki. Jego odwrotność określa ilość próbek na sekundę.
do 15 kSPS8) Maksymalna prędkość przetważania dla maksymalnej rozdzielczości w tysiącach próbek na sekundę.
Input Voltage RangeZakres napięć wejściowych 0 ÷ VCC V Określa zakres napięć przetwarzanych
Input ChannelsWejścia 6 (8) - Przetwornik posiada 6 multipleksowanych wejść (8 w obudowach TQFP iQFN/MLF)

Poza tym:

  • Sprzętowe wyrównanie bitów wyniku do lewej
  • Dostępne wewnętrzne napięcie odniesienia 2.56 [V] (ADC Reference Voltage)
  • Tryby pracy: ciągły (Free Running) lub pojedyńcza konwersja (Single Conversion Mode)
  • Przerwanie wywoływane zakończeniem konwersji
  • Tryb uśpienia do niwelowania zakłóceń generowanych przez układ (Sleep Mode Noise Canceler)

Napięcie jest odczytywane pomiędzy masą a jednym z pinów portu C wybieranym za pomocą multipleksera. W momencie przetwarzania wartość napięcia zostaje zapamiętana na czas konwersji dzięki czemu w czasie konwersji zmiany na mierzonym wejściu nie wpływają na wynik (Sample and Hold). ADC posiada osobny pin zasilania AVcc, jest to zabieg który ma na celu zmniejszenie zakłóceń pomiaru, szczegóły znajdują się w nocie katalogowej. Napięcie odniesienia może być dostarczone z wewnętrznego źródła lub z pinu AREF.

Sterowanie

Moduł ADC uruchamia się zapalając bit ADEN9) w rejestrze ADCSR10). Bit ten włącza zasilanie modułu. <codeC>ADCSR |= (1«ADEN); ADCSR &= ~(1«ADEN);</code> 10 bitowy wynik konwersji trafia do rejestrów ADCH i ADCL. Wynik można przesunąć do lewej korzystając z bitu ADLAR11) w rejestrze ADMUX.

ADLARADCHADCL
0------dddddddddd
1dddddddddd000000

Jeżeli wynik 8 bitowy jest zadowalający wystarczy odczytać wartość z ADCH, jednak jeżeli chcemy poprawnie odczytać wartość 10 bitową należy na początku odczytać ADCL (w innym przypadku wartość może zmienić się w czasie odczytu i wynik zostanie zakłamany). Po odczycie ADCL rejestry są chronione przed zapisem a blokada zostaje zniesiona w momencie odczytu ADCH.

Rozpoczęcie konwersji

Przykład

Konfiguracja sprzętowa jak w przykładach do komparatora!

#include "avr/io.h"
#include "avr/interrupt.h"
#include "util/delay.h"
#include "avr/sleep.h"
 
volatile uint8_t val;
 
ISR(ADC_vect)
{
	val=ADCH;
}
 
int main()
{
 
	//Konfiguracja portów!
 
	//Ustawiam ADC
	ADCSRA |= (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0);
 
	//Multiplekser
	ADMUX |= (1 << REFS0)|(0 << REFS1)|(1 << ADLAR)|0x07;
 
	ADCSRA |= (1 << ADEN)|(1 << ADIE)|(1<<ADATE);
 
	sei();
 
	ADCSRA |= (1 << ADSC);
 
	for(;;)
	{
		//PORT=val;
		//PORT=val/8;
		PORT=~(0xFF>>(val>>5));
	}
 
}

Materiały dodatkowe

1)
Analog Comparator Output
2)
Analog Comparator Control and Status Register
3)
Analog Comparator Multiplexer Enable bit
4)
Special Function IO Register
5)
Analog Reference
6)
Czyli $\frac{V_{max}}{2}^{10}$. Dla 5[V] max da to około 5[mV]
7)
Least Significant Bit
8)
kilo Samples Per Second - tysięcy próbek na sekundę
9)
ADC Enable
10)
ADC Status Register
11)
ADC Left Adjust Result
pl/avrc/art/0x04.txt · Last modified: 2013/03/20 14:40 by mkucia