Obvody analogově-digitálního převodníku AVR

Mikrořadič Atmega16(32) obsahuje vnitřní A/D převodník. Tento  zvyšuje univerzálnost mikrořadiče pro různé druhy měření analogových fyzikálních veličin, když není potřeba vlastní mikrořadič doplňovat o další externí obvody pro digitalizaci.

Mikrořadiče tohoto typu mají 10-ti bitový A/D převodník, který pracuje na principu postupné aproximace. Před vlastním A/D převodníkem je umístěn analogový multiplexer, který umožňuje snímat napětí na přepínaných 8-mi vstupech.

A/D převodník má zakomponovaný vzorkovací obvod se zesilovačem. Tento vzorkovací obvod je předurčen pro udržování konstantní hodnoty napětí na vstupu napěťového komparátoru A/D převodníku po dobu převodu.

A/D převodník má oddělené napájecí napětí (AUcc) a analogovou zem (AGND).

Činnost obvodu analogově-digitálního převodníku si vysvětlíme na následujícím obrázku:

Obr. 1: Obvodové schéma analogově-digitálního převodníku mikrořadiče AVR Atmega

Popis činnosti A/D převodníku dle obrázku schémata:

Analogově digitální převod je prováděný na principu metody nazývané postupná aproximace. Tento způsob činnosti spočívá v postupném generování nespojité napěťové úrovně na výstupu digitálně-analogového převodníku (DAC). Výstupní napětí DAC je porovnáváno s měřeným (převáděným) napětím obvodem napěťového komparátoru. Výstupní úroveň komparace napěťového komparátoru je přivedena do řídící logiky ADC obvodu. Na základě výsledku  porovnání je přestavována hodnota 10-bit obvodu DAC. Dojde-li ke komparaci, která je výsledké vyhledání hodnoty měřeného napětí digitálně-analogovým převodníkem, potom vstupní údaj na sběrnici mezi řídící logikou a DAC obvodem je považovaný za výsledek převodu. Měřené napětí na PortuA  mikrořadičem je vybíráno pomocí multiplexeru, který je řízen kanálem výběru z kombinačního obvodu MUX Decoder. Měřící kanál s nastavuje I/O registrem ADMUX.

A/D převodník má tyto základní charakteristiky:

• 10-ti bitové rozlišení;
• součinová chyba převodu je 0,5 LSB;
• součtová chyba +2LSB;
• doba převodu je od 65 do 260 mikrosekund;
• rychlost převodu je maximálně 15 kSPS (zpracuje 15000 vzorků za sekundu);
• 8 multiplexně přepínaných vstupů pro měření;
• 7 diferenčních vstupních kanálů;
• 2 diferenční kanály s volitelným ziskem;
• volitelný interní zdroj referenčního napětí;
• volitelné režimy jednoduchý převod, automatické spouštění nebo samočinný běh;
• možnost vyvolání přerušení po dokončení převodu;
• možnost spouštění převodu dalším přerušením;
• obsahuje obvody pro potlačení šumu v režimu Idle.

Popis registů I/O pro řízení a konfiguraci A/D převodníku:

Tab. 1: Význam bitů registru ADMUX

Popis významu  bitů registru ADMUX:

REFS1, REFS0 - výběr referenčního napětí;

ADLAR - výběr zarovnání výsledku v datových registrech ADCh a ADCL;

MUX0 až MUX4 - výběr multiplexovaného vstupního kanálu A/D převodníku.

Tab. 2: Význam bitů registru  ADCSRA

Popis významu bitů registru ADCSRA:

ADEN - zapnutí/vypnutí A/D převodníku. Je-li ADEN = log.1, převodník je zapnutý;

ADSC - start A/D převodu. Je-li ADSC = log.1, je zahájena činnost A/D převodníku;

ADATE - režim automatického spoštění převodu;

ADIF - příznak přerušení od A/D převodníku při dokončeném převodu;

ADIE - povolení inicializace přerušení od A/D převodníku;

ADPS0 až ADPS2 - výběr pro nastavení předděličky hodinového kmitočtu A/D převodníku.