AD(模数)转换

慧龙 · 发表于 2010-5-9 21:38:49

本文包含原理图、PCB、源代码、封装库、中英文PDF等资源

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1. 开发语言本范例使用 WinAVR/GCC 20050214 版本开发2. 范例描述本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器普通的单端输入差分输入及校准基准电压的校准查询方式中断方式数据格式的变换出于简化程序考虑，各种数据没有对外输出，学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器

3. 电路图设计：
为简化线路设计，使用了本网站的ATmega16功能小板。
在范例中选用内部2.56V电压基准作Vref ，差分通道 10倍放大则单端电压测量范围 02.56V, 分辨率2.5mV 差分电压测量范围 +/- 256mV 分辨率0.5mV 电流分辨率 = 50uA@10欧姆电流采样电阻电流分辨率 =500uA@ 1欧姆电流采样电阻程序中需要把实测的基准电压代入常量Vref中，以获得更准确地结果我手中的样片实测为 2.556V@Vcc=5.0V 2.550V@Vcc=3.3V本电路仅供参考，没有考虑抗干扰方面的要求

.

本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器
普通的单端输入
差分输入及校准
基准电压的校准
查询方式
中断方式
数据格式的变换
出于简化程序考虑，各种数据没有对外输出，学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器

4. 代码设计与说明：

#include <avr/io.h>

#include <avr/delay.h>

#include <avr/signal.h>

#include <avr/interrupt.h>

/*宏INTERRUPT 的用法与SIGNAL 类似，区别在于

SIGNAL 执行时全局中断触发位被清除、其他中断被禁止

INTERRUPT 执行时全局中断触发位被置位、其他中断可嵌套执

另外avr-libc 提供两个API 函数用于置位和清零全局中断触发位，它们是经常用到的。

分别是：void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定义 */

//管脚定义

#define in_Single 0 //PA0(ADC0)

#define in_Diff_P 3 //PA3(ADC3)

#define in_Diff_N 2 //PA2(ADC2)

//常量定义

//单端通道，不放大

#define AD_SE_ADC0 0x00 //ADC0

#define AD_SE_ADC1 0x01 //ADC1

#define AD_SE_ADC2 0x02 //ADC2

#define AD_SE_ADC3 0x03 //ADC3

#define AD_SE_ADC4 0x04 //ADC4

#define AD_SE_ADC5 0x05 //ADC5

#define AD_SE_ADC6 0x06 //ADC6

#define AD_SE_ADC7 0x07 //ADC7

//差分通道ADC0作负端,10/200倍放大

#define AD_Diff0_0_10x 0x08 //ADC0+ ADC0-, 10倍放大，校准用

#define AD_Diff1_0_10x 0x09 //ADC1+ ADC0-, 10倍放大

#define AD_Diff0_0_200x 0x0A //ADC0+ ADC0-,200倍放大，校准用

#define AD_Diff1_0_200x 0x0B //ADC1+ ADC0-,200倍放大

//差分通道ADC2作负端，10/200倍放大

#define AD_Diff2_2_10x 0x0C //ADC2+ ADC2-, 10倍放大，校准用

#define AD_Diff3_2_10x 0x0D //ADC3+ ADC2-, 10倍放大

#define AD_Diff2_2_200x 0x0E //ADC2+ ADC2-,200倍放大，校准用

#define AD_Diff3_2_200x 0x0F //ADC3+ ADC2-,200倍放大

//差分通道ADC1作负端，不放大

#define AD_Diff0_1_1x 0x10 //ADC0+ ADC1-

#define AD_Diff1_1_1x 0x11 //ADC1+ ADC1-,校准用

#define AD_Diff2_1_1x 0x12 //ADC2+ ADC1-

#define AD_Diff3_1_1x 0x13 //ADC3+ ADC1-

#define AD_Diff4_1_1x 0x14 //ADC4+ ADC1-

#define AD_Diff5_1_1x 0x15 //ADC5+ ADC1-

#define AD_Diff6_1_1x 0x16 //ADC6+ ADC1-

#define AD_Diff7_1_1x 0x17 //ADC7+ ADC1-

//差分通道ADC2作负端，不放大

#define AD_Diff0_2_1x 0x18 //ADC0+ ADC2-

#define AD_Diff1_2_1x 0x19 //ADC1+ ADC2-

#define AD_Diff2_2_1x 0x1A //ADC2+ ADC2-,校准用

#define AD_Diff3_2_1x 0x1B //ADC3+ ADC2-

#define AD_Diff4_2_1x 0x1C //ADC4+ ADC2-

#define AD_Diff5_2_1x 0x1D //ADC5+ ADC2-

//单端通道，不放大

#define AD_SE_VBG 0x1E //VBG 内部能隙1.22V电压基准,校准用

#define AD_SE_GND 0x1F //接地校准用

//注:

//差分通道，如果使用1x或10x增益，可得到8位分辨率。如果使用200x增益，可得到7位分辨率。

//在PDIP封装下的差分输入通道器件未经测试。只保证器件在TQFP与MLF封装下正常工作。

#define Vref 2483 //mV 实测的Vref引脚电压@5.0V供电

//#define Vref 2464 //mV 实测的Vref引脚电压@3.3V供电

//全局变量

unsigned int ADC_SingleEnded; //单端输入的ADC值

int ADC_Diff; //差分输入的ADC值

volatile unsigned int ADC_INT_SE; //中断模式用的单端输入ADC值,会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定

volatile unsigned char ADC_OK; //ADC状态，会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定

unsigned int LED_Volt; //变换后的电压mV

int LED_Curr; //变换后的电流100uA

//仿真时在watch窗口，监控这些全局变量。

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC单端通道

{

ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：单端通道 0x00~0x07,0x1E,0x1F

//0xc0:选择内部2.56V参考电压

ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换

loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //方法1 等待AD转换结束

// while ((ADCSRA&(1<<ADIF))==0); //写法2 这种写法优化不好

// loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC); //方法2 检测ADSC=0也行

ADCSRA|=(1<<ADIF); //写1清除标志位

return ADC; //ADC=ADCH:ADCL

}

int read_adc_diff(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC差分通道

{

unsigned int ADC_FIX;

ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：差分通道 0x08~0x1D

_delay_ms(1); //等待差分增益稳定>125uS

ADCSRA|=(1<<ADSC);

loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);

ADCSRA|=(1<<ADIF);

//当切换到差分增益通道，由于自动偏移抵消电路需要沉积时间，第一次转换结果准确率很低。用户最好舍弃第一次转换结果。

ADCSRA|=(1<<ADSC);

loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);

ADCSRA|=(1<<ADIF);

ADC_FIX=ADC;

//输出结果用2的补码形式表示

//可正可负 +/-9bit -512~+511

//即M16差分通道的ADC+输入端的电压可以大于ADC-,也可以小于ADC-。

//Tiny26就不行，ADC+输入端的电压必须大于或等于ADC-,为+10bit

if (ADC_FIX>=0x0200) //负数要变换，正数不用

{

ADC_FIX|=0xFC00; //变换成16位无符号整数

}

return (int)ADC_FIX;

}

SIGNAL(SIG_ADC) //ADC中断服务程序

{

//硬件自动清除ADIF标志位

ADC_INT_SE=ADC; //读取结果

ADC_OK=1;

}

int main(void)

{

long temp32;

ADC_SingleEnded =0;

ADC_Diff=0;

ADC_INT_SE=0;

//上电默认DDRx=0x00,PORTx=0x00 输入，无上拉电阻

PORTB=0xFF; //不用的管脚使能内部上拉电阻。

PORTC=0xFF;

PORTD=0xFF;

PORTA=~((1<<in_Single)|(1<<in_Diff_P)|(1<<in_Diff_N)); //作ADC输入时，不可使能内部上拉电阻。

ADCSRA=(1<<ADEN)|0x06; //使能ADC,时钟64分频 125KHz@8MHz system clock

sei(); //使能全局中断

while (1)

{

//实测的Vref引脚电压 =2556mV

ADC_SingleEnded=read_adc(AD_SE_ADC0);

//查询方式读取ADC0

temp32=(long)ADC_SingleEnded*Vref;

LED_Volt=(unsigned int)(temp32/1024);

ADC_Diff =read_adc_diff(AD_Diff3_2_10x);

ADC_Diff-=read_adc_diff(AD_Diff2_2_10x);//校准OFFSET

temp32=(long)ADC_Diff*Vref;

LED_Curr=(unsigned int)(temp32/(512*10)); //[单位为100uA]

//查询方式读取ADC3+,ADC2- 10倍放大 max +/-255.6mV

//10欧姆 1mA=10mV max +/-25.56mA

//分辨率约0.5mV=50uA，显示取整为100uA单位

ADCSRA|=(1<<ADIE); //使能ADC中断

ADMUX=0xC0|AD_SE_ADC0; //单端输入ADC0

ADC_OK=0; //软件标志清零

ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换

while(ADC_OK==0); //等待ADC完成，实际程序中可以运行其它任务

ADCSRA&=~(1<<ADIE); //禁止ADC中断

//查询方式和中断方式要注意 ADIF标志位的处理。

}

}

复制代码

实验板的跳线设置:
Z区的JP6是VCC电压选择5V/3.3V,任意选择
K区: 短接JP5，ADC0的电压检测通路
同时短接JP3,JP4的左侧，正电流检测通路
改成同时短接JP3,JP4的右侧，负电流检测通路

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