АЦП в микроконтроллерах PIC

Когда мы подключаем датчики к микроконтроллеру, выход датчика во многих случаях является аналоговым по своей природе. Но микроконтроллер обрабатывает цифровые сигналы.

Следовательно, мы используем АЦП между датчиками и микроконтроллерами. Он преобразует аналоговый сигнал в цифровой и передает его микроконтроллеру.

Существует множество приложений ADC, таких как биометрические приложения, мониторинг окружающей среды, обнаружение утечки газа и т. д.

Рассмотрим работу АЦП PIC на примере микроконтроллера PIC18f4550.

• PIC18f4550 имеет встроенный 10-битный 13-канальный АЦП.
• 13-канальный АЦП в даташите обозначается как AN0-AN12. Это означает, что мы можем подключить 13 различных датчиков одновременно.
• 10-битный АЦП означает, что на выходе мы получим число в диапазоне от 0 до 1023 (2¹⁰).

Для простоты понимания предположим, что Vref равно 5 В, значит

• Для 0В на выходе АЦП = 0.
• Для 5В на выходе АЦП = 1023 (10 бит).
• Для 2,5В на выходе АЦП = 512 (10 бит).

Регистры АЦП для PIC18F4550

Регистры ADRESH и ADRESL

Регистры ADRESH (старший байт) и ADRESL (младший байт) используются в комбинации для хранения преобразованных данных, т. е. цифровых данных. Но данные имеют ширину всего 10 бит, поэтому оставшиеся шесть битов не используются.

ADCON0: регистр аналого-цифрового управления 0

ADCON1: регистр аналого-цифрового управления 1

PCFG3:PCFG0: Биты конфигурации аналого-цифрового порта:

Поскольку выводы АЦП в PIC18F4550 мультиплексированы со многими другими функциями, то эти биты используются для их демультиплексирования и использования в качестве аналогового входа.

ADCON2: регистр аналого-цифрового управления 2

ADFM: бит выбора формата результата преобразования:

10-битный результат будет помещен в ADRESH (8-бит) и ADRESL (8-бит).

Рассмотрим 10-битные данные следующим образом:

1 = Результат преобразования выравнивается по правому краю. Однако младшие 8 бит сохраняются в ADRESL, а оставшиеся два бита со стороны MSB сохраняются в ADRESH. 6 бит (биты 2-7) ADRESH заполнены нулями.

0 = Результат преобразования выравнивается по левому краю. Однако старшие 8 битов сохраняются в ADRESH, а оставшиеся два младших бита помещаются в ADRESL в позиции битов 7-6. 6 младших бит ADRESL заполнены нулями.

Шаги для программирования

Инициализация

• Настройте регистр ADCON1 для выбора опорного напряжения с помощью битов VCFG1: VCFG0, а также настройте выводы порта, которые нам нужны в качестве аналогового входа, с помощью битов PCFG3: PCFG0.
• Настройте регистр ADCON2, чтобы выбрать формат результата АЦП, часы и время сбора данных.

void ADC_Init()
{    
    TRISA = 0xFF;    /* Установка порта на вход */
    ADCON1 = 0x0E;    /* настраиваем Ref как Vdd и устанавливаем вывод, как аналоговый */
    ADCON2 = 0x92;    /* 4Tad и  Fosc/32. */
    ADRESH=0;        /* очищаем входной регистр */
    ADRESL=0;   
}

Аналого-цифровое преобразование и чтение цифровых значений

• Настройте регистр ADCON0, чтобы выбрать канал, который нам нужен, используя CHS3: CHS0.
• Запустите аналого-цифровое преобразование, установив бит ADON и бит GO/DONE в регистре ADCON0.
• Дождитесь бита GO/DONE, который сбрасывается после завершения преобразования.
• Затем скопируйте цифровые данные, которые хранятся в регистрах ADRESH и ADRESL.

int ADC_Read(int channel)
{
    int digital;

    /* Выбираем 0 канал(CHS3CHS2CHS1CHS0=0000) & ADC отключен */
    ADCON0 =(ADCON0 & 0b11000011)|((channel<<2) & 0b00111100);  
    
    ADCON0 |= ((1<<ADON)|(1<<GO));    /*Включаем ADC и стартуем преобразование*/

    /* ждем пока Go/done = 0 не завершится преобразование */
    while(ADCON0bits.GO_nDONE==1);

    digital = (ADRESH*256) | (ADRESL);    /*соединяем старший и младший байты преобразования*/
    return(digital);
}

Полный код проекта можно скачать по ссылке.

Пример кода чтения АЦП PIC

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <P18F4550.h>
#include "config_intosc.h"    /* Заголовочный файл для конфигурации битов */
#include "LCD_8bit_file.h"    /* Заголовочный файл для нработы с LCD */

void ADC_Init();
int ADC_Read(int);

#define vref 5.00        /* Опорное напряжение 5V*/

void main()
{    
    char data[10];    
    int digital;  
    float voltage;
    OSCCON=0x72;        /*Внутрений генератор на 8Мгц*/
    LCD_Init();            /*Инициализация16x2 LCD*/
    ADC_Init();            /*Инициализация  10-bit ADC*/
    
    LCD_String_xy(1,1,"Voltage is...");

    while(1)
    {        
        digital=ADC_Read(0);
    /*переводим цифровой код в аналоговое напряжение*/
        voltage= digital*((float)vref/(float)1023);  
    /*переводим число в строку для вывода на экран*/
        sprintf(data,"%.2f",voltage);
        strcat(data," V");    
        LCD_String_xy(2,4,data);                
    }
    
}

void ADC_Init()
{    
    TRISA = 0xff;        
    ADCON1 = 0x0e;             
    ADCON2 = 0x92;          
    ADRESH=0;              
    ADRESL=0;   
}
int ADC_Read(int channel)
{
    int digital;
    ADCON0 =(ADCON0 & 0b11000011)|((channel<<2) & 0b00111100);
    ADCON0 |= ((1<<ADON)|(1<<GO));
    while(ADCON0bits.GO_nDONE==1);
    digital = (ADRESH*256) | (ADRESL);
    return(digital);
}

Загрузки

• Даташит на PIC18F4550
• Даташит на дисплей WH1602
• ZIP-архив с проектом

Где купить

• PIC18F4550 DIP-40
• LCD 1602
• Набор подстроечных резисторов