A/D prevodník

A/D prevodník

Úlohy

1. Zapojte si na doštičke potenciometer s vývodom na niektorý z analógových vstupov. Môžete tiež vyskúšať fotorezistor, alebo termistor.
2. Doplňte program o jednoduchý A/D prevod a zobrazte hodnotu z potenciometra na sériovom termináli (a príp. aj na LCD displej).
3. Zistite, čo sa stane, ak budete merať nezapojený vstup ("zo vzduchu").
4. Oboznámte sa s programom SerialPlot a zobrazte časový priebeh nameranej veličiny.
5. Napokon pomocou potenciometra ovládajte intenzitu svitu niektorej LED diódy.

Rekapitulácia

V tejto úlohe sa predpokladá znalosť funkcie A/D prevodníka z prednášky. Na posledných dvoch slajdoch máte pripravené funkcie na inicializáciu a načítanie výsledku prevodu. Preto sa v tomto návode nebudeme zaoberať týmito funkciami.

Hardware

Ako vstup do A/D prevodníka môžete použiť niektorý zo štyroch uvedených príkladov:

• obyčajný odporový delič, ktorým môžeme detekovať napríklad pokles napätia napájacej batérie
• potenciometer alebo trimer, ktorý máte v MISP kite
• fotorezistor, ale ten slúži len na orientačné merania, pretože nemáme referenčný zdroj osvetlenia
• termistor, ktorý tiež vieme využiť len orientačne, hoci k nemu by sme vedeli vypočítať teplotu podľa datasheetu (pozri tiež Stienhart-Hartovu rovnicu).

Schéma pripojenia vstupov k A/D prevodníku. Ak vám nepomôže, použite zapojovací diagram

A/D prevodník

Pre nameranú hodnotu N platí vzťah

$U_{in}={\frac {NU_{ref}}{1024}}$

Ako zdroj referenčného napätia použijeme priamo napájacie napätie 5V oddelené tlmivkou a filtrované paralelným kondenzátorom 100n (pozri interaktívnu schému zapojenia). Zodpovedajúce bity REFS1, REFS0 v registri ADMUX sú teda 01.

Zdroj hodinového signálu pre A/D prevodník musí byť v rozsahu 50 až 200 kHz!

Príklad najjednoduchšieho SW ovládaného A/D prevodu je uvedená v tomto príklade - pozri AVR A/D example.c

Poznámka k výpočtu: ak chcete naozaj prepočítavať AD hodnotu na napätie, nezaobídete sa bez reálnych čísiel typu float, resp. double. Neodporúčame to, pretože tým neúmerne narastie veľkosť kódu, ale ak to naozaj potrebujete, prečítajte si návod, ako upozorniť kompilátor, že chcete prilinkovať aj knižnicu pre prácu s reálnymi číslami: Typy premenných v avr-gcc.

Software

Ukážkový program pre prevod napätia na číslo pomocou zabudovaného A/D prevodníka. Obslužné funkcie sú deklarované v knižnici, definície si doplňte sami z prednášky.

AVR C-codeadc.hadc.cArduino code

#include <avr/io.h>
#include "adc.h"


int main(void)
{
  unsigned int measuredValue;

  adc_init();                                          // Init A/D converter

  while (1)
  {
    measuredValue = adc_read(0);
    /* tu s nou nieco spravime, napr. na LCD, UART,...  */  
  }

  return(0);
}

#include <avr/io.h>

void adc_init(void);                                   // A/D converter initialization

unsigned int adc_read(char a_pin);

#include <avr/io.h>

... zvysok najdete v prednaske ...

#define aPin A0
int sensorValue = 0;      // analog value

void setup() 
{                
   Serial.begin(9600);
}

void loop() {

  sensorValue = analogRead(aPin); // sample signal
  Serial.println(sensorValue);
  delay(100);
}

Vizualizácia

Vizualizáciu dát môžeme robiť rozlične. Jeden z možných spôsobov je vypisovať po sériovej linke v pravidelných intervaloch holé data a tie potom uložiť ako maticu do Matlabu a tam nakresliť graf, priebeh, čo treba...

Iná možnosť je použiť napr. program SerialPlot, ktorý kreslí prichádzajúce data priamo ako graf.

Download: SerialPlot 0.11.0

Download

Terminal 1.9b

Serial Plot 0.11.0

Literatúra:

• AVR120: Characterization and Calibration of the ADC on an AVR
• Newbie's Guide to AVR A/D Converter
• Základná terminológia týkajúca sa ADC

TODO: prerobit na verziu 2022:

• prekontrolovat, ci je vsetko platne a pridat nieco z tohoto:
• pridat obsluhu cez prerusenie
• sampling - pridat timer a vzorkovat v presnych casoch
• pridat Moving Average odtialto https://stackoverflow.com/questions/28820904/how-to-efficiently-compute-average-on-the-fly-moving-average aj s vyuzitim delenia 4,16 a pod. cez >>

Návrat na zoznam cvičení...