Особенности

• Выполняется по прерыванию
• Размер кода: 23 слова
• Маленькое число внешних компонентов
• Разрешение: 6 бит
• Диапазон измерения: 0 – 2 В
• Работает на всех AVR устройствах с 8-битным таймером/счетчиком и аналоговым компаратором

Теория преобразования
      Особенность почти всех AVR микроконтроллеров это аналоговый компаратор, который позволяет просто реализовать АЦП. Измеряемый сигнал подается на инвертирующий вход, а образцовый сигнал на не инвертирующий. Образцовый сигнал формируется при зарядке конденсатора через резистор. При зарядке конденсатора, напряжение на нем изменяется по экспоненциальному закону. Если измеряемый диапазон напряжений ограничить 2/5 Vcc, экспонента хорошо аппроксимируется прямой. Напряжение измеряемого сигнала UIN находим, измеряя время необходимое для того, чтобы напряжение на конденсатор превысило измеряемое. Используя один вывод порта В для контроля зарядки и разрядки конденсатора, всего используется только три вывода. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

512/f = - R C ln(1 - 2/5) , то есть R C = 1002/f

      Номиналы элементов для некоторых типичных частот генератора приведены в таблице 1. Если постоянная времени отличается от этого, это приведет к ошибке в результате. Поэтому в RC цепи необходимо использовать компоненты с высокой точностью. График напряжения на конденсаторе вместе с прямой линией приведен на рисунке 2. Так как напряжение питания используется как опорное, то оно должно быть стабильным в течение преобразования.

Рисунок 2. Линейность АЦП

     Чтобы гарантировать правильную работу, конденсатор должен быть разряжен как минимум 200 мкс между преобразованиями. Если конденсатор не разрядить правильно, то нельзя будет измерять маленькие напряжения. Если входное напряжение больше чем 2/5 Vcc, преобразователь будет выдавать максимальное значение. Это происходит благодаря загрузке смещения в регистр таймера/счетчика 0 перед началом преобразования. Таймер будет формировать прерывание по переполнению после 512 циклов (64*8). Это время требуется, чтобы напряжение на конденсаторе достигло 2/5 Vcc. Если напряжение находится в пределах рабочего диапазона, будет формироваться прерывание Аналогового компаратора. Смещение же вычитается и измеренного значения.

Таблица 2. Параметры подпрограммы “convert_init”

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Размер кода	6 слов
Выполняемые циклы	10 циклов, в том числе инструкция RET
Используемые регистры	Младшие регистры :нет Старшие регистры :1 Указатели : нет

Таблица 3. Регистры используемые “convert_init”

РЕГИСТР	НА ВХОДЕ	ВНУТРИ	НА ВЫХОДЕ
R16		"result" – рабочий регистр

Рисунок 3. Блок схема “convert_init”

“AD_convert” – старт А/Ц преобразования
      Эта подпрограмма используется для запуска А/Ц преобразования. Она загружает в счетчик значение 256 – 64 и запускает счет с частотой XTAL/8. Флаг завершения преобразования ( Т – флаг в регистре статуса) очищается и начинается зарядка конденсатора.

Таблица 4. Параметры подпрограммы “AD_convert”

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Размер кода	7 слов
Выполняемые циклы	10 циклов, в том числе инструкция RET
Используемые регистры	Младшие регистры :нет Старшие регистры :1 Указатели : нет Флаги статуса :1

Таблица 5. Регистры используемые “AD_convert”

РЕГИСТР	НА ВХОДЕ	ВНУТРИ	НА ВЫХОДЕ
R16		"result" – рабочий регистр
SREG			T – флаг. Этот флаг показывает, что идет преобразование

Рисунок 4. Блок схема А/Ц преобразования

“ANA_COMP” подпрограмма обработки прерывания
      Эта подпрограмма выполняется когда преобразование закончено. Она загружает значение Таймера/счетчика 0, останавливает таймер и устанавливает флаг завершения преобразования (Т – флаг в SREG). Затем смещение вычитается из значения таймера. Необходимо вычесть на единицу больше чем смещение, так как обработка прерывания требует минимум 7 циклов.

Таблица 6. Параметры подпрограммы “ANA_COMP”

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Размер кода	7 слов
Выполняемые циклы	11 циклов, в том числе инструкция RET
Используемые регистры	Младшие регистры :нет Старшие регистры :2 Указатели : нет Флаги статуса :1
Используемые прерывания	Прерывания таймера/счетчика 0 и аналогового компаратора

Таблица 7. Регистры используемые “ANA_COMP”

РЕГИСТР	НА ВХОДЕ	ВНУТРИ	НА ВЫХОДЕ
R16		"result" – хранит значение таймера	"result" – содержит результат преобразования
R17		"temp"– рабочий регистр
SREG			T – флаг. Этот флаг показывает, что идет преобразование

Рисунок 5. Блок схема "ANA_COMP"

Пример программы
      Пример программы включенный в данное приложение, выполняет последовательное преобразование и выдает данные в виде двоичного значения на порт В.