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

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...