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標(biāo)題: AVR 單片機(jī)學(xué)習(xí)筆記 – ADC [打印本頁(yè)]
作者: liuyuxi    時(shí)間: 2015-1-10 22:49
標(biāo)題: AVR 單片機(jī)學(xué)習(xí)筆記 – ADC
接上篇：http://www.raoushi.com/mcu/2117.html
一、AVR單片機(jī)片內(nèi)ADC簡(jiǎn)介
模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC（Analog Digital Converter），它是一種將輸入模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰯?shù)字量的器件，是連接模擬和數(shù)字的橋梁。通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。
　　通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。
　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。
A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。在實(shí)際電路中，有些過程是合并進(jìn)行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分類
A／D轉(zhuǎn)換器的種類很多，并且有多種分類方法，下面做簡(jiǎn)單介紹：
1）從原理上通常可分為以下4種：計(jì)數(shù)式A／D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器和并行A／D轉(zhuǎn)換器。
　　計(jì)數(shù)式A／D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度很慢，現(xiàn)在很少采用。
雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度不夠快，一般用于數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中。
逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度很高，一般應(yīng)用于微機(jī)接口電路中。并行A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，一般只應(yīng)用于那些轉(zhuǎn)換速度極高的場(chǎng)合。
2）從輸出代碼的有效位數(shù)可分為8位，10位，12位，14位，16位，24位及BCD碼輸出的3位，4位，5位等多種不同的位數(shù)。
3）從數(shù)據(jù)輸出的接口類型可分為并行接口型和串行接口型
二、
ATmega16單片機(jī)集成了一個(gè)10位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)化器與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)自端口A的8路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。
特點(diǎn)：
8路可選的單端輸入通道，占用PA0 – PA7引腳，由于只有一個(gè)ADC核，所以只能一次采集一路通道；
7路差分輸入通道；
ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取可以設(shè)置左端對(duì)齊（默認(rèn)右端對(duì)齊），因?yàn)樵揂DC是十位的，需要兩個(gè)寄存器才能存儲(chǔ)完整的轉(zhuǎn)換過后的數(shù)據(jù)；
在最高精度下可達(dá)到15KPS/s的采樣速率；
可選擇的ADC內(nèi)部2.56V的ADC參考電壓源；
自由連續(xù)轉(zhuǎn)換模式和單次轉(zhuǎn)換模式；
ADC自動(dòng)選擇轉(zhuǎn)換觸發(fā)模式選擇；
ADC轉(zhuǎn)換完成可觸發(fā)中斷；
二、ADC的供電和參考電壓
ADC功能單元由獨(dú)立的專用模擬電源引腳AVCC（第30引腳）供電，AVCC與VCC的電壓差別要小于或等于0.3V。
ADC轉(zhuǎn)換的參考電源可采用芯片內(nèi)部的2.56V參考電源，或采用AVCC，也可采用外部參考電源。使用外部參考電源時(shí)，外部參考電源有引腳AREF接入。使用內(nèi)部電壓參考電源時(shí)，可以通過在AREF引腳外部并接一個(gè)電容提高ADC的抗噪性能。
三、與ADC有關(guān)的寄存器
1、ADC多路復(fù)用器選擇寄存器ADMUX
      
ADC多路復(fù)用器選擇寄存器ADMUX
   
      
位
    		      
7
    		      
6
    		      
5
    		      
4
    		      
3
    		      
2
    		      
1
    		      
0
   
      
名稱
    		      
REFS1
    		      
REFS0
    		      
ADLAR
    		      
MUX4
    		      
MUX3
    		      
MUX2
    		      
MUX1
    		      
MUX0
   
      
讀/寫
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
   
      
初始值
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
   
      
功能
    		      
參考電源選擇
    		      
對(duì)齊方式
    		      
指定使用通道及增益
   

位【7-6】— REFS[1-0] ：ADC參考電源選擇位。是用來(lái)指定ADC的參考電源采用
何種參考電源，有三種參考電源：內(nèi)部2.56V、AREF、AVCC。如果在轉(zhuǎn)換過程中改變了設(shè)置，則只有等到當(dāng)前轉(zhuǎn)換結(jié)束后新的設(shè)置才會(huì)起作用。內(nèi)、外部參考電壓不能同時(shí)被選擇，否則會(huì)短路損壞芯片。
具體設(shè)置表：
      
ADC參考電源選擇位設(shè)置表
   
      
REFS1
    		      
REFS0
    		      
參考電壓選擇
   
      
0
    		      
0
    		      
選擇AREF，內(nèi)部基準(zhǔn)源關(guān)閉
   
      
0
    		      
1
    		      
選擇AVCC，AREF外接濾波電容
   
      
1
    		      
0
    		      
保留
   
      
1
    		      
1
    		      
2.56V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，AVREF外接濾波電容
   

位【5】— ADLAR：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)齊選擇位。這一位可以選擇ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果在ADC數(shù)據(jù)寄存器中存放形式。ADLAR置位時(shí)(為1)轉(zhuǎn)換結(jié)果位左對(duì)齊，否則右對(duì)齊(默認(rèn))。一般左對(duì)齊是在只需要8位精度的情況下才設(shè)置，這樣只需要讀取一次ADCH就OK了。
      
ADLAR = 0   ADC以右端對(duì)齊的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（默認(rèn)）【只讀，初始值全0】
   
      
ADCH
    		      
    		      
    		      
    		      
    		      
    		      
    		      
ADC9
    		      
ADC8
   
      
ADCL
    		      
ADC7
    		      
ADC6
    		      
ADC5
    		      
ADC4
    		      
ADC3
    		      
ADC2
    		      
ADC1
    		      
ADC0
   
      
ADLAR = 1   ADC以左端對(duì)齊的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 【只讀，初始值全0】
   
      
ADCH
    		      
ADC9
    		      
ADC8
    		      
ADC7
    		      
ADC6
    		      
ADC5
    		      
ADC4
    		      
ADC3
    		      
ADC2
   
      
ADCL
    		      
ADC1
    		      
ADC0
    		      
    		      
    		      
    		      
    		      
    		      
   
位【4-0】— MUX[4-0]：模擬通道與增益選擇位。這幾位選擇 當(dāng)前要使用的ADC模擬輸入通道，也可以對(duì)差分通道增益進(jìn)行設(shè)置。如果在轉(zhuǎn)換過程中改變了設(shè)置，則只有等到當(dāng)期轉(zhuǎn)換結(jié)束之后新的設(shè)置才會(huì)生效。
2、ADC控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA
      
ADC控制和狀態(tài)寄存器ADCSRA
   
      
位
    		      
7
    		      
6
    		      
5
    		      
4
    		      
3
    		      
2
    		      
1
    		      
0
   
      
名稱
    		      
ADEN
    		      
ADSC
    		      
ADATE
    		      
ADIF
    		      
ADIE
    		      
ADPS2
    		      
ADPS1
    		      
ASPS0
   
      
讀/寫
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
   
      
初始值
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
   
      
功能
    		      
AD
使能
    		      
啟動(dòng)
轉(zhuǎn)換
    		      
自動(dòng)
觸發(fā)
    		      
中斷
標(biāo)志
    		      
中斷
使能
    		      
ADC預(yù)分頻設(shè)置
   

位【7】— ADEN：ADC使能位。啟用ADC功能，否則關(guān)閉ADC功能。相當(dāng)于ADC的總開關(guān)。
位【6】— ADSC：ADC開始轉(zhuǎn)換。在單次轉(zhuǎn)換模式下，ADSC置位將啟動(dòng)一次ADC轉(zhuǎn)換。在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下ADSC置位將啟動(dòng)首次轉(zhuǎn)換。
位【5】— ADATE：ADC自動(dòng)觸發(fā)使能。ADATE置位將啟動(dòng)ADC自動(dòng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換功能，觸發(fā)信號(hào)的上升沿啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換。
位【4】— ADIF：ADC中斷標(biāo)志位。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束且數(shù)據(jù)寄存器被更新后，ADIF將被硬件置位。如果ADIE及SREG寄存器中的全局中斷使能位I被置位，則ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷服務(wù)程序?qū)⒈粓?zhí)行，同時(shí)ADIF硬件清零，也可以通過軟件寫“1”清零。當(dāng)沒有啟用中斷(ADIE)時(shí)，可以通過不停的查詢此位獲知ADC是否轉(zhuǎn)換完畢好讀取數(shù)據(jù)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)軟件將ADIF清零。
位【3】— ADIE：ADC中斷使能位。若ADIE及SREG中的I置位，則ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束、數(shù)據(jù)寄存器被更新后會(huì)將ADIF中斷標(biāo)志位置位，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷從而執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)，進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)后ADIF中斷標(biāo)志位將被硬件清零。
位【2-0】— ADPS[2-0]：ADC預(yù)分頻器選擇位。這3位決定ADC輸入時(shí)鐘與CPU時(shí)鐘之間的分頻系數(shù)，如分頻系數(shù)為2，則表示是CPU時(shí)鐘頻率的1/2。
ADC分頻系數(shù)如下表：
      
ADC分頻系數(shù)設(shè)置表 （ADCSRA）
   
      
ADPS2
    		      
ADPS1
    		      
ADPS0
    		      
分頻系數(shù)
   
      
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
   
3、ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCL及ADCH
ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果將儲(chǔ)存在ADCL/ADCH這兩個(gè)寄存器中。因?yàn)橐粋�(gè)寄存器只有8位，而ADC是10位，所以需要兩個(gè)寄存器才能存儲(chǔ)完整的10位結(jié)果。
因?yàn)樾枰玫絻蓚�(gè)寄存器，為了防止在上一次轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有完全被讀走，下一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果就將其覆蓋掉，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，AVR的ADC采取了一個(gè)保護(hù)策略：當(dāng)程序語(yǔ)句讀取ADCL寄存器時(shí)，ADCH的值將被鎖定，直到程序讀取了ADCH寄存器后，AD轉(zhuǎn)化器硬件才能將下一次的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)更新到這兩個(gè)寄存器中。因此，如果轉(zhuǎn)換結(jié)果為左對(duì)齊而且只需要8位精度，那么僅需要讀取ADCH就足夠了。
4、特殊功能IO寄存器SFIOR
      
特殊功能IO寄存器SFIOR
   
      
位
    		      
7
    		      
6
    		      
5
    		      
4
    		      
3
    		      
2
    		      
1
    		      
0
   
      
名稱
    		      
ADTS2
    		      
ADTS1
    		      
ADTS0
    		      
-
    		      
ACME
    		      
PUD
    		      
PSR2
    		      
PSR0
   
      
權(quán)限
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
    		      
R/W
   
      
初始值
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
0
   

位【7-5】— ADTS[2-0]：ADC自動(dòng)觸發(fā)源選擇。可以選擇多種觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換的方式。
                                       與ADC有關(guān)的只有高三位。

      
ADC自動(dòng)觸發(fā)源選擇設(shè)置表（SFIOR）
   
      
ADTS2
    		      
ADTS1
    		      
ADTS0
    		      
觸發(fā)源
   
      
0
    		      
0
    		      
0
    		      
連續(xù)轉(zhuǎn)換模式
   
      
0
    		      
0
    		      
1
    		      
模擬比較器
   
      
0
    		      
1
    		      
0
    		      
外部中斷請(qǐng)求0
   
      
0
    		      
1
    		      
1
    		      
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0比較匹配
   
      
1
    		      
0
    		      
0
    		      
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出
   
      
1
    		      
0
    		      
1
    		      
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器比較溢出B
   
      
1
    		      
1
    		      
0
    		      
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出
   
      
1
    		      
1
    		      
1
    		      
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1捕捉事件
   

四、代碼流程。
1、ADC輸入端口初始化。
2、基準(zhǔn)電壓設(shè)置，數(shù)據(jù)對(duì)齊方式，通道選擇（寄存器ADMUX）。
3、AD使能，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，及中斷設(shè)置（寄存器ADCSRA）
4、觸發(fā)源選擇（寄存器SFIOR）
5、選擇中斷號(hào)，編寫中斷服務(wù)函數(shù)，讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果（ADCH，ADCL）。
從ADCH和ADCL中讀到的數(shù)據(jù)是BCD碼格式，實(shí)際上就是十進(jìn)制存儲(chǔ)。

================= 待續(xù) ===================





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