Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 115, 4433, 8535, ml63 и ml0 Аналого-цифровой преобразователь содержит базовый преобразователь, выполняющий преобразование аналогового сигнала в десятиразрядный двоичный код методом последовательных приближении, аналоговый мультиплексор для подключения одного из входов микроконтроллера к входу базового преобразователя, регистр управления ADMUX (№ $07), регистр управления-состояния ADCSR (№ $06) п шестнадцатиразрядный регистр результата ADCH, L (№№ $05, $04).

Для подачи напряжения питания и опорного напряжения используются отдельные выводы микроконтроллера AVCC, AGND и AREF.

Вывод AGND соединяется с выводом GND микроконтроллера. Напряжение на выводе AVCC не должно отличаться от напряжения на выводе VCC микроконтроллера более, чем на ± 0,3 В. Напряжение на выводе AREF должно находиться в пределах от уровня на выводе AGND до уровня на выводе AVCC.

Аналоговые сигналы принимаются на выводы микроконтроллера ADC0, ADC1... ADC7. Величина напряжения аналогового сигнала может находиться в пределах от уровня на шине AGND до уровня на шине AVCC. Аналоговый мультиплексор AM подключает один из входов микроконтроллера к входу базового преобразователя CONV. Двоичный код номера подключаемого входа задается комбинацией состояний разрядов MUX2, MUX1, MUX0 регистра ADMUX.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой код в преобразователе CONV выполняется под управлением тактового сигнала, частота которого должна находиться в пределах от 50 кГц до 200 кГц.

Тактовый сигнал формируется в пересчетной схеме ПС путем деления частоты тактового сигнала микроконтроллера СК. Пересчетная схема работает при единичном состоянии разряда ADEN регистра ADCSR. Коэффициент деления частоты (К) определяется комбинацией состояний разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR в соответствии с табл.16.

Таблица 16

Преобразование начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC регистра ADCSR. Разряд ADSC сохраняет единичное состояние до завершения преобразования и затем аппаратно переводится в нулевое состояние. Сформированный десятиразрядный код переписывается в регистр результата ADCH, L, при этом устанавливается в единичное состояние разряд ADIF регистра ADCSR и при единичном состоянии разряда ADIE регистра ADCSR в блок прерываний поступает запрос прерывания ADC CC (ADC Conversion Complete).

Разряд ADIF регистра ADCSR сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе микроконтроллера к выполнению прерывающей Программы или при выполнении команды установки бита в единичное состояние.

Чтение результата из шестнадцатиразрядного регистра ADCH, L Должно начинаться с чтения младшего байта. При этом блокируется занесение нового результата из базового преобразователя в регистр Результата и считанный затем старший байт принадлежит тому же Результату, что и считанный ранее младший байт.

Преобразователь может работать в одиночном режиме и в циклическом режиме. Выбор режима определяется состоянием разряда ADFR регистра ADCSR. При ADFR = 0 преобразователь работает в одиночном режиме.

Преобразование начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC и выполняется за 14 тактов. Для выполнения следующего преобразования необходимо вновь установить в единичное состояние разряд ADSC.

При ADFR = 1 преобразователь работает в циклическом режиме. Работа начинается при установке в единичное состояние разряда ADSC. Преобразование выполняется за 13 тактов, после чего сразу начинается следующее преобразование. Работа в циклическом режиме прекращается после сброса в нулевое состояние результата ADFR.

В обоих режимах на выполнение первого преобразования после пуска пересчетной схемы затрачивается на 12 тактов больше, чем на выполнение последующих преобразований. Эти такты обеспечивают инициализацию преобразователя.

Для уменьшения помех, вызываемых работой процессора, предусмотрена возможность выполнения преобразования с переводом контроллера в режим холостого хода. Преобразователь должен находиться в одиночном режиме (ADFR = 0), пересчетная схема работает (ADEN = 1), прерывания разрешено (ADIE =1), запуск преобразования отсутствует (ADSC = 0). Контроллер переводится в режим холостого хода (п.4.3), при этом аппаратно запускается преобразователь. При завершении преобразования поступает запрос прерывания ADC CC, контроллер выходит из режима холостого хода, выполняет прерывающую программу и возвращается к выполнению программы с точки перехода в режим холостого хода.

Аналого-цифровые преобразователи микроконтроллеров других типов имеют некоторые отличия от рассмотренного преобразователя.

В микроконтроллере типа 4433 имеется возможность подключения к входу базового преобразователя внутреннего источника эталонного напряжения 1,22 ±0,05 В. Подключение выполняется при установке в единичное состояние дополнительного разряда ADCBG в регистре ADMUX.

В микроконтроллере типа t15 в качестве опорного напряжения кроме напряжения от внешнего источника, подаваемого на вывод AREF, может использоваться напряжение на выводе VCC или напряжение от внутреннего источника. Выбор источника осуществляется путем установки определенной комбинации состояний дополнительных разрядов REFSl> REFS0 регистра ADMUX. В качестве входного сигнала может использоваться разность напряжений на входах ADC2 и ADC В этом случае напряжение на этих входах должно изменяться в пределах от О до 2,56 В, а разностный сигнал перед преобразованием может усиливаться в 20 раз. Разностный сигнал без усиления используется при комбинации состояний 110 в разрядах MUX2, MUX1, MUX0, а разностный сигнал с усилением - при комбинации 111.

В регистре ADMUX, кроме того, имеется дополнительный разряд ADLAR. При ADLAR = 0 код результата размещается в младших десяти разрядах пары регистров ADC H, L, а при ADLAR = 1 - в старших десяти разрядах этой пары регистров.

В микроконтроллере типа ml03 аналого-цифровой преобразователь не работает в циклическом режиме и в регистре ADCSR отсутствует разряд ADFR. Комбинация 000 разрядов ADPS2, ADPS1, ADPS0 регистра ADCSR не используется.

В микроконтроллере типа ml63 в качестве опорного напряжения может использоваться напряжение 2,56 В от внутреннего источника или напряжения на выводе VCC. Выбор опорного напряжения определяется комбинацией состояний дополнительных разрядов REFS1 и REFS0 регистра ADMUX. Кроме того, в регистре ADMUX имеется дополнительный разряд ADLAR. При ADLAR = 1 десятиразрядный код результата помещается в старшие десять разрядов регистра ADCH, L. При чтении старшего байта получают восьмиразрядный код результата.

Микроконтроллеры типа tl5 и т163 могут переводиться в энергосберегающий режим работы с подавлением помех в работе аналогового преобразователя (п.4.3).

В табл.17 указаны выводы микроконтроллера, используемые в качестве входов аналого-цифрового преобразователя у микроконтроллеров разных типов. У микроконтроллера типа t15 для подачи опорного напряжения используется вывод PB0.

Таблица 17

Аналоговый компаратор

Аналоговый компаратор входит в состав периферийных устройств Микроконтроллеров всех типов, кроме 2323 и 234 Аналоговый Компаратор имеет два входа - AIN0 и AIN1, на которые поступают аналоговые сигналы, сравниваемые по величине напряжения. В состав аналогового компаратора кроме базового компаратора входит регистр управления-состояния ACSR (№ $08) и элементы, управляющие работой схемы. Результатом работы компаратора является запрос прерывание ANA COMP, который формируется, когда разность значений напряжения на входах компаратора меняет знак.

Базовый компаратор К имеет два входа - положительный (+) и отрицательный (-). Выходной сигнал базового компаратора АСО имеет единичное значение, если напряжение на входе "+" больше напряжения па входе "-".

Схема управления СУ при определенном изменении сигнала АСО устанавливает в единичное состояние разряд ACI регистра ACSR и при единичном состоянии разряда ACIE регистра ACSR в блок прерываний поступает запрос прерывания ANA COMP.

Разряд ACI сбрасывается в нулевое состояние аппаратно при переходе к выполнению прерывающей программы или программно путем записи единицы в разряд ACI.

Выбор вида изменения сигнала АСО на входе схемы управления СУ, при котором формируется запрос прерывания, определяется комбинацией состояний разрядов ACIS0 и ACIS1 регистра ACSR в соответствии с табл.18.

Таблица 18

В микроконтроллерах, имеющих таймер-счетчик, который выполняет функцию захвата, (Т/С типа D или Е) сигнал АСО с выхода базового компаратора при единичном состоянии разряда АС1С принимается в таймер-счетчик в качестве сигнала, управляющего захватом.

При установке в единичное состояние разряда ACD регистра ACSR отключается питание базового компаратора и уменьшается ток потребления микроконтроллера.

В микроконтроллерах типа t12, t15, 4433 и m163 имеется возможность подключать к вход) ' "+" базового компаратора вместо входа AIN0 выход внутреннего источника эталонного напряжения VR (1,22 ±0,05 В). Подключение источника VR выполняется при единичном состоянии разряда AINBG регистра ACSR. В микроконтроллерах других типов элементы схемы VR и М и разряд AINBG в регистре ACSR отсутствуют.

В микроконтроллере типа ml63, кроме того, имеется возможность подключать к входу "-" базового компаратора входы аналого-цифрового преобразователя ADC0... ADC7. Подключение выполняется при нулевом состоянии разряда ADEN регистра ADCSR (№ $06) и единичном состоянии разряда ACME регистра SFIOR (№ $30). Выбор подключаемого входа определяется комбинацией состояний разрядов MUX2, MUX1 и MUX0 регистра ADMUX (№ $07).

В табл. 19 указаны выводы микроконтроллера, используемые в качестве входов AIN0 и AIN1, у микроконтроллеров разных типов.

Таблица 19

 * - АС+, АС-