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更新自动建库工具PCB Footprint Expert 2023.13 Pro / Library Expert 破解版

AD(模数)转换

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1. 开发语言     本范例使用 WinAVR/GCC 20050214 版本开发2. 范例描述   本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器            普通的单端输入            差分输入及校准            基准电压的校准            查询方式            中断方式            数据格式的变换   出于简化程序考虑,各种数据没有对外输出,学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器

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3. 电路图设计 :

为简化线路设计,使用了本网站的ATmega16功能小板

在范例中 选用内部2.56V电压基准作Vref ,差分通道 10倍放大则 单端电压测量范围 02.56V, 分辨率2.5mV   差分电压测量范围 +/- 256mV 分辨率0.5mV   电流分辨率 = 50uA@10欧姆 电流采样电阻   电流分辨率 =500uA@ 1欧姆 电流采样电阻程序中需要把实测的基准电压代入 常量Vref中,以获得更准确地结果             我手中的样片实测为 2.556V@Vcc=5.0V                                2.550V@Vcc=3.3V本电路仅供参考,没有考虑抗干扰方面的要求

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本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器
普通的单端输入
差分输入及校准
基准电压的校准
查询方式
中断方式
数据格式的变换
出于简化程序考虑,各种数据没有对外输出,学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器

4. 代码设计与说明 :


  1. #include <avr/io.h>
  2. #include <avr/delay.h>
  3. #include <avr/signal.h>
  4. #include <avr/interrupt.h>
  5. /*宏INTERRUPT 的用法与SIGNAL 类似,区别在于
  6. SIGNAL 执行时全局中断触发位被清除、其他中断被禁止
  7. INTERRUPT 执行时全局中断触发位被置位、其他中断可嵌套执
  8. 另外avr-libc 提供两个API 函数用于置位和清零全局中断触发位,它们是经常用到的。
  9. 分别是:void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定义 */



  10. //管脚定义
  11. #define in_Single 0 //PA0(ADC0)
  12. #define in_Diff_P 3 //PA3(ADC3)
  13. #define in_Diff_N 2 //PA2(ADC2)

  14. //常量定义
  15. //单端通道,不放大
  16. #define AD_SE_ADC0 0x00 //ADC0
  17. #define AD_SE_ADC1 0x01 //ADC1
  18. #define AD_SE_ADC2 0x02 //ADC2
  19. #define AD_SE_ADC3 0x03 //ADC3
  20. #define AD_SE_ADC4 0x04 //ADC4
  21. #define AD_SE_ADC5 0x05 //ADC5
  22. #define AD_SE_ADC6 0x06 //ADC6
  23. #define AD_SE_ADC7 0x07 //ADC7

  24. //差分通道ADC0作负端,10/200倍放大
  25. #define AD_Diff0_0_10x 0x08 //ADC0+ ADC0-, 10倍放大,校准用
  26. #define AD_Diff1_0_10x 0x09 //ADC1+ ADC0-, 10倍放大
  27. #define AD_Diff0_0_200x 0x0A //ADC0+ ADC0-,200倍放大,校准用
  28. #define AD_Diff1_0_200x 0x0B //ADC1+ ADC0-,200倍放大

  29. //差分通道ADC2作负端,10/200倍放大
  30. #define AD_Diff2_2_10x 0x0C //ADC2+ ADC2-, 10倍放大,校准用
  31. #define AD_Diff3_2_10x 0x0D //ADC3+ ADC2-, 10倍放大
  32. #define AD_Diff2_2_200x 0x0E //ADC2+ ADC2-,200倍放大,校准用
  33. #define AD_Diff3_2_200x 0x0F //ADC3+ ADC2-,200倍放大

  34. //差分通道ADC1作负端,不放大
  35. #define AD_Diff0_1_1x 0x10 //ADC0+ ADC1-
  36. #define AD_Diff1_1_1x 0x11 //ADC1+ ADC1-,校准用
  37. #define AD_Diff2_1_1x 0x12 //ADC2+ ADC1-
  38. #define AD_Diff3_1_1x 0x13 //ADC3+ ADC1-
  39. #define AD_Diff4_1_1x 0x14 //ADC4+ ADC1-
  40. #define AD_Diff5_1_1x 0x15 //ADC5+ ADC1-
  41. #define AD_Diff6_1_1x 0x16 //ADC6+ ADC1-
  42. #define AD_Diff7_1_1x 0x17 //ADC7+ ADC1-

  43. //差分通道ADC2作负端,不放大
  44. #define AD_Diff0_2_1x 0x18 //ADC0+ ADC2-
  45. #define AD_Diff1_2_1x 0x19 //ADC1+ ADC2-
  46. #define AD_Diff2_2_1x 0x1A //ADC2+ ADC2-,校准用
  47. #define AD_Diff3_2_1x 0x1B //ADC3+ ADC2-
  48. #define AD_Diff4_2_1x 0x1C //ADC4+ ADC2-
  49. #define AD_Diff5_2_1x 0x1D //ADC5+ ADC2-

  50. //单端通道,不放大
  51. #define AD_SE_VBG 0x1E //VBG 内部能隙1.22V电压基准,校准用
  52. #define AD_SE_GND 0x1F //接地 校准用

  53. //注:
  54. //差分通道,如果使用1x或10x增益,可得到8位分辨率。如果使用200x增益,可得到7位分辨率。
  55. //在PDIP封装下的差分输入通道器件未经测试。只保证器件在TQFP与MLF封装下正常工作。

  56. #define Vref 2483 //mV 实测的Vref引脚电压@5.0V供电
  57. //#define Vref 2464 //mV 实测的Vref引脚电压@3.3V供电

  58. //全局变量
  59. unsigned int ADC_SingleEnded; //单端输入的ADC值
  60. int ADC_Diff; //差分输入的ADC值
  61. volatile unsigned int ADC_INT_SE; //中断模式用的单端输入ADC值,会在中断服务程序中被修改,须加volatile限定
  62. volatile unsigned char ADC_OK; //ADC状态,会在中断服务程序中被修改,须加volatile限定

  63. unsigned int LED_Volt; //变换后的电压mV
  64. int LED_Curr; //变换后的电流100uA
  65. //仿真时在watch窗口,监控这些全局变量。

  66. unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC单端通道
  67. {
  68. ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input:单端通道 0x00~0x07,0x1E,0x1F
  69. //0xc0:选择内部2.56V参考电压
  70. ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换
  71. loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //方法1 等待AD转换结束
  72. // while ((ADCSRA&(1<<ADIF))==0); //写法2 这种写法优化不好
  73. // loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC); //方法2 检测ADSC=0也行
  74. ADCSRA|=(1<<ADIF); //写1清除标志位
  75. return ADC; //ADC=ADCH:ADCL
  76. }

  77. int read_adc_diff(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC差分通道
  78. {
  79. unsigned int ADC_FIX;
  80. ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input:差分通道 0x08~0x1D
  81. _delay_ms(1); //等待差分增益稳定>125uS
  82. ADCSRA|=(1<<ADSC);
  83. loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
  84. ADCSRA|=(1<<ADIF);
  85. //当切换到差分增益通道,由于自动偏移抵消电路需要沉积时间,第一次转换结果准确率很低。用户最好舍弃第一次转换结果。
  86. ADCSRA|=(1<<ADSC);
  87. loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
  88. ADCSRA|=(1<<ADIF);
  89. ADC_FIX=ADC;
  90. //输出结果用2的补码形式表示
  91. //可正可负 +/-9bit -512~+511
  92. //即M16差分通道的ADC+输入端的电压可以大于ADC-,也可以小于ADC-。
  93. //Tiny26就不行,ADC+输入端的电压必须大于或等于ADC-,为+10bit
  94. if (ADC_FIX>=0x0200) //负数要变换,正数不用
  95. {
  96. ADC_FIX|=0xFC00; //变换成16位无符号整数
  97. }
  98. return (int)ADC_FIX;
  99. }
  100. SIGNAL(SIG_ADC) //ADC中断服务程序
  101. {
  102. //硬件自动清除ADIF标志位
  103. ADC_INT_SE=ADC; //读取结果
  104. ADC_OK=1;
  105. }


  106. int main(void)
  107. {
  108. long temp32;
  109. ADC_SingleEnded =0;
  110. ADC_Diff=0;
  111. ADC_INT_SE=0;

  112. //上电默认DDRx=0x00,PORTx=0x00 输入,无上拉电阻
  113. PORTB=0xFF; //不用的管脚使能内部上拉电阻。
  114. PORTC=0xFF;
  115. PORTD=0xFF;
  116. PORTA=~((1<<in_Single)|(1<<in_Diff_P)|(1<<in_Diff_N)); //作ADC输入时,不可使能内部上拉电阻。

  117. ADCSRA=(1<<ADEN)|0x06; //使能ADC,时钟64分频 125KHz@8MHz system clock
  118. sei(); //使能全局中断
  119. while (1)
  120. {
  121. //实测的Vref引脚电压 =2556mV
  122. ADC_SingleEnded=read_adc(AD_SE_ADC0);
  123. //查询方式读取ADC0
  124. temp32=(long)ADC_SingleEnded*Vref;
  125. LED_Volt=(unsigned int)(temp32/1024);

  126. ADC_Diff =read_adc_diff(AD_Diff3_2_10x);
  127. ADC_Diff-=read_adc_diff(AD_Diff2_2_10x);//校准OFFSET
  128. temp32=(long)ADC_Diff*Vref;
  129. LED_Curr=(unsigned int)(temp32/(512*10)); //[单位为100uA]
  130. //查询方式读取ADC3+,ADC2- 10倍放大 max +/-255.6mV
  131. //10欧姆 1mA=10mV max +/-25.56mA
  132. //分辨率约0.5mV=50uA,显示取整为100uA单位

  133. ADCSRA|=(1<<ADIE); //使能ADC中断
  134. ADMUX=0xC0|AD_SE_ADC0; //单端输入ADC0
  135. ADC_OK=0; //软件标志清零
  136. ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换
  137. while(ADC_OK==0); //等待ADC完成,实际程序中可以运行其它任务
  138. ADCSRA&=~(1<<ADIE); //禁止ADC中断
  139. //查询方式和中断方式要注意 ADIF标志位的处理。
  140. }
  141. }

复制代码


实验板的跳线设置:
Z区的JP6是VCC电压选择5V/3.3V,任意选择
K区: 短接JP5,ADC0的电压检测通路
同时短接JP3,JP4的左侧,正电流检测通路
改成同时短接JP3,JP4的右侧,负电流检测通路

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