[i] Пример и особенности работы с АЦП

ID статьи: 48510

Дата последнего изменения: 30.11.2023 09:22:11

Материал из настоящей статьи, относящийся к микросхемам К1986ВЕ92QI и К1986ВЕ1QI, распространяется в том числе на микроконтроллеры К1986ВЕ92FI, К1986ВЕ92F1I, К1986ВЕ94GI и К1986ВЕ1FI, К1986ВЕ1GI

В данной статье рассмотрен простой пример работы с блоком аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера К1986ВЕ92QI в составе отладочной платы. Блок АЦП идентичен по своей структуре в следующих МК: К1986ВЕ1QI, К1901ВЦ1QI , К1986ВЕ92QI , К1986ВК214 и К1986ВК234. Однако в каждом процессоре есть свои особенности. МК К1901ВЦ1QI содержат два независимых АЦП разрядностью 12 бит, до 16 каналов каждый, в то время как в МК К1986ВЕ1QI, К1986ВК214 и К1986ВК234 по одному АЦП такой же разрядности, до 8 каналов. Пример проекта, для К1986ВЕ92QI, рассмотренного в статье, доступен для скачивания в конце статьи.

Введение

Блок аналого-цифрового преобразователя представляет собой устройство, на вход которого подается аналоговый сигнал, а на выходе выдается цифровой код, пропорциональный поданному напряжению. АЦП является основой многих измерительных приборов, например, цифровых мультиметров, электронных весов, приборов для измерения температуры, давления и многих других…

АЦП может быть как отдельной микросхемой, так и быть в составе микроконтроллера. К1986ВЕ1QI, К1901ВЦ1QI, К1986ВЕ92QI, К1986ВК214 и К1986ВК234 содержат в себе интегрированный блок АЦП. Основные характеристики АЦП — это разрядность и время преобразования. Разрядность 12 бит, следовательно, АЦП может различать 2¹² = 4096 различных уровней подаваемого на вход напряжения. А время преобразования, в свою очередь, зависит от частоты, подаваемой на АЦП. По спецификации для осуществления преобразования требуется не менее 28 тактов синхронизации CLK, в качестве которой можно использовать как частоту процессора CPU_CLK, так и частоту ADC_CLK, формируемую в блоке «Сигналов тактовой частоты».

Стоит отметить, что согласно спецификации на микроконтроллеры, указанные в данной статье, частота тактирования (частота следования тактовых импульсов) АЦП не может превышать 14 МГц.

АЦП имеет следующие основные режимы работы:

-режим одиночного преобразования по одному каналу (с возможностью опроса бита окончания преобразования или с прерыванием по окончанию преобразования);

-режим многократного преобразования (по одному каналу/с автоматическим переключением нескольких каналов и возможностью использования прямого доступа к памяти).

Преобразование с контролем границ

Микроконтроллеры К1901ВЦ1QI и К1986ВЕ92QI имеют в своём арсенале 2 независимых АЦП – ADC1, ADC2, которые входят в состав блока АЦП. Общая схема приведена на рисунке 1. Только у К1986ВЕ92QI АЦП имеют по 8 каналов, у К1901ВЦ1QI по 16.

Рисунок 1 - Структурная схема АЦП К1901ВЦ1QI

Основной идеей данного примера является использование контроля уровня входного сигнала. В начале примера зададим следующие переменные:



	 H_Level = 0x900;


	 L_Level = 0x800;

которые являются границами и за которыми МК будет следить. Изменять на входе напряжение будем с помощью подстроечного резистора, который согласно описанию платы, подключен к 7 каналу АЦП. Для этого необходимо установить перемычку на разъём XP6 в положение “TRIM” (рисунок 2).

Рисунок 2 - Фрагмент платы К1986ВЕ92QI с подстроечным резистором и перемычкой XP6

Таким образом, в случае нарушения данных границ, то есть выхода за границы интервала от 0x800 до 0x900, МК возведёт флаг Flg REG AWOIFEN в регистре ADCx_STATUS.

Настройка АЦП

Как было отмечено ранее, в микроконтроллерах серии К1986ВЕ92QI и К1901ВЦ1QI есть два независимых АЦП. Поэтому в спецификации есть два регистра настроек ADC1_CFG и ADC2_CFG.

В МК К1986ВЕ1QI, К1986ВК214 и К1986ВК234 по одному АЦП, однако регистр ADC2_CFG тоже присутствует. В этом регистре (ADC2_CFG) описан только 17 бит ADC1_OP "Выбор источника для формирования внутренней рабочей точки".

Настройка АЦП в К1986ВЕ92QI происходит с использованием двух структур: ADC_StructInit и ADCx_StructInit. Это обусловлено тем, что первая структура ADC_StructInit содержит «общие настройки», которые применимы для самого контроллера блока ADC. А уже структура ADCx_StructInit содержит в себе настройку конкретного АЦП1 или АЦП2. Рассмотрим каждую структуру по отдельности.

Первую структуру ADC_StructInit оставим без изменений:

 

	  ADC_InitStruct->ADC_SynchronousMode = ADC_SyncMode_Independent;

	  /* параметр отвечает за синхронный/независимый запуск двух АЦП (только для К1986ВЕ92QI и К1901ВЦ1QI )*/

 

	  #endif

 

	  ADC_InitStruct->ADC_StartDelay = 0;

	  /* позволяет задать задержку между запусками АЦП1 и АЦП2 */

 

	  ADC_InitStruct->ADC_TempSensor = ADC_TEMP_SENSOR_Disable;

	  /* запрет работы температурного датчика и источника опорного напряжения (бит TS_EN) */

 

	  ADC_InitStruct->ADC_TempSensorAmplifier = ADC_TEMP_SENSOR_AMPLIFIER_Disable;

	  /* запрет работы выходного усилителя (бит TS_BUF) */

 

	  ADC_InitStruct->ADC_TempSensorConversion = ADC_TEMP_SENSOR_CONVERSION_Disable;

	  /* запрет выбора датчика температуры (бит SEL_TS) */

 

	  ADC_InitStruct->ADC_IntVRefConversion = ADC_VREF_CONVERSION_Disable;

	  /*запрет выбора источника опорного напряжения для оцифровки

 

	  ADC_InitStruct->ADC_IntVRefTrimming = 0;

	 /*задавая значения от 0 до 7, можно в небольших пределах подстроить */

Здесь стоит отметить следующий момент: параметр ADC_IntVRefConversion разрешает и запрещает выбор источника опорного напряжения бит SEL_VREF регистра ADC1_CFG. Затем с помощью параметра ADC_IntVRefTrimming можно выполнить подстройку значений от 0 до 7 - биты 24..21 TR того же регистра ADC1_CFG.

В микроконтроллерах К1986ВЕ1QI, К1986ВК214 и К1986ВК234 разрешение выбора данного датчика, а также подстройка значений, выполняется в отдельном регистре ADC1_TRIM.

Рассмотрим конфигурацию АЦП1.

 sADCx.ADC_ClockSource = ADC_CLOCK_SOURCE_CPU;

	 /* выбор источника тактирования, частота ядра */

 

	 sADCx.ADC_SamplingMode = ADC_SAMPLING_MODE_CICLIC_CONV;

	 /* режим многократного преобразования */

 

	 sADCx.ADC_ChannelSwitching = ADC_CH_SWITCHING_Disable;

	 /* автоматическое переключение каналов */

 

	 sADCx.ADC_ChannelNumber = ADC_CH_ADC7;

	 /* выбор номера канала */

 

	 sADCx.ADC_Channels = 0;

	 /* количество используемых каналов, если включен перебор */

 

	 ADC_CH_SWITCHING_Enable sADCx.ADC_LevelControl = ADC_LEVEL_CONTROL_Enable;

	 /* контроль уровня входного сигнала */

 

	 sADCx.ADC_LowLevel = L_Level;

	 /* нижний уровень контроля */

 

	 sADCx.ADC_HighLevel = H_Level; // верхний уровень

 

	 sADCx.ADC_VRefSource = ADC_VREF_SOURCE_INTERNAL;

	 /* выбор внутреннего источника опорного напряжения */

 

	 sADCx.ADC_IntVRefSource = ADC_INT_VREF_SOURCE_INEXACT;

	 /* вид источника для датчика опорного напряжения */

 

	 sADCx.ADC_Prescaler = ADC_CLK_div_32768; //выбор делителя тактовой частоты

 

	 sADCx.ADC_DelayGo = 0xF;

	 /* значение задержки перед началом следующего преобразования */

Прерывания по завершению преобразования

После инициализации АЦП с помощью функции ADC1_ITConfig разрешим прерывания по завершению преобразования. Затем функцией ADC1_Cmd (ENABLE) разрешаем работу АЦП. Как только АЦП выполнит преобразование, произойдет переход в функцию обработчика прерываний, в котором сначала будет выполнена проверка установки флага выхода за границы. Если значение на входе АЦП не попадает в обозначенные границы, загорается диод VD3. После этого считывается значение регистра ADC1_RESULT и накладывается маска, поскольку биты данного регистра содержат также номер канала. Сравнивается результат. Если верхнее значение границы было превышено, то вместе с VD3 горит диод VD4. При попадании значения на входе АЦП в нужный интервал все диоды погаснут. В конце обработчика выполняется очистка флагов.

Функция обработчика прерывания:

void ADC_IRQHandler(void)

 {

     if(ADC1_GetFlagStatus(ADCx_FLAG_OUT_OF_RANGE) == SET)

     {

         /* Turns LED1 On */

         PORT_SetBits(MDR_PORTC, PORT_Pin_0);

     }

     else

     {

         /* Turns LED1 Off */

         PORT_ResetBits(MDR_PORTC, PORT_Pin_0);

     }

     tmp = MDR_ADC->ADC1_RESULT & 0x0FFF;

     if(tmp > H_Level)

     {

         /* Turns LED2 On */

         PORT_SetBits(MDR_PORTC, PORT_Pin_1);

     }

     else

     {

         /* Turns LED2 Off */

         PORT_ResetBits(MDR_PORTC, PORT_Pin_1);

     }

     /* Clear ADC1 OUT_OF_RANGE interrupt bit */

     MDR_ADC->ADC1_STATUS = (ADCx_IT_END_OF_CONVERSION | ADCx_IT_OUT_OF_RANGE)<<2;

  }

В режиме отладки можно посмотреть, как происходят изменения значения в регистре ADC1_RESULT в зависимости от изменения сопротивления подстроечного резистора, чтобы отловить момент выхода за объявленные границы (рисунок 3).

Рисунок 3 - Регистры АЦП в режиме "отладки"

Расчет и измерение времени преобразования АЦП описано в статье "Расчет времени преобразования АЦП и время заряда внутренней емкости"

Последовательное преобразование нескольких каналов

В данном режиме работы есть определенное условие, которое надо обязательно соблюдать. Необходимо обеспечить выставление бит каналов, в регистре ADC1_CHSEL, участвующих в преобразовании до конфигурирования самого блока АЦП, то есть до записи в регистр ADCx_CFG.

Пример работы:

#define Amount_Conv 10

 

 uint32_t status[Amount_Conv], data[Amount_Conv], counter = 0;

 volatile uint32_t a=0;

 

 int main (void)

 {

 MDR_RST_CLK->PER_CLOCK=0xFFFFFFFF;

 MDR_PORTD->ANALOG=0xFFFF;

 MDR_PORTD->PWR=0xFFFFFFFF;

 MDR_PORTD->OE=0xFFFF;

 

 MDR_ADC->ADC1_CHSEL=(1<<2) | (1 <<3);

 MDR_ADC->ADC1_CFG |= (1<<3) | (1<<9) | (3<<12) | (7<<25);

 MDR_ADC->ADC1_CFG |= 0x1;

 

 while( counter < Amount_Conv )

   {

     while( ( MDR_ADC->ADC1_STATUS & (1<<2) ) == 0){}         

     status[counter] = MDR_ADC->ADC1_STATUS;

     data[counter] = MDR_ADC->ADC1_RESULT;                        

     counter++;

   }

 while(1);

 }