7.2. Функционирование модуля ацп

Регистры, используемые для управления модулем АЦП, приведены в Табл.7.1.

Таблица7.1. Регистры управления модулем АЦП

Регистр	Адрес	Описание
ADCSRA	$06 ($26)	Регистр управления и состояния A
ADMUX	$07 ($27)	Регистр управления мультиплексором
SFIOR	$20 ($40)	Регистр специальных функций

Формат регистров ADCSRA и ADMUX приведен на Рис. 7.2 и Рис.7.3, а краткое описание функций их разрядов приведено в Табл. 7.2 и Табл. 7.3 соответственно.

Рис. 7.2 Формат регистра ADCSRA

Таблица 7.2 Разряды регистра ADCSRA

Разряд	Название	Описание
7	ADEN	Разрешение АЦП (1 — включено, 0 — выключено)
6	ADSC	Запуск преобразования (1 — начать преобразование)
5	ADATE	Выбор режима работы АЦП
4	ADIF	Флаг прерывания от АЦП
3	ADIE	Разрешение прерывания от АЦП
2..0	ADPS2:ADPS0	Выбор частоты преобразования

Рис.7.3. Формат регистра ADMUX

Таблица7.3. Разряды регистра ADMUX

Формат регистра SFIOR приведен на Рис. 7.4 (не используемые в данном случае разряды регистра SFIOR указаны на рисунке как «X»).

$ Рис. 7.4 Регистр SFIOR

Режим работы АЦП определяется состоянием разряда ADFR. Если он установлен в «1», АЦП работает в режиме непрерывного преобразования. В этом режиме запуск каждого следующего преобразования осуществляется автоматически после окончания текущего. Если же разряд ADFR сброшен в «0», АЦП работает в режиме одиночного преобразования и запуск каждого преобразования осуществляется по команде пользователя.

В режимах одиночного и непрерывного преобразований цикл преобразования начинается по первому нарастающему фронту тактового сигнала после установки разряда ADSC. Если используется запуск по прерыванию, то цикл преобразования начинается по первому нараста- ющему фронту тактового сигнала после установки флага выбранного прерывания. Причем при установке этого флага осуществляется сброс предделителя модуля АЦП.

Длительность цикла составляет 13 либо 14 тактов; выборка и запоминание входного сигнала осуществляется в течение первых тактов соответственно. Через 13 (14) тактов преобразование завершается, разряд ADSC аппаратно сбрасывается в «0» (в режиме одиночного преобразования) и результат преобразования сохраняется в регистре данных АЦП. Одновременно устанавливается флаг прерывания ADIF и генерируется запрос на прерывание. Как и флаги остальных прерываний, флаг ADIF сбрасывается аппаратно при запуске подпрограммы обработки прерывания от АЦП или программно, записью в него лог. 1. Разрешение прерывания осуществляется установкой в «1» разряда ADIE при установленном флаге I регистра SREG.

Если АЦП работает в режиме непрерывного преобразования, новый цикл начнется сразу же после записи результата. В режиме одиночного преобразования новое преобразование может быть запущено сразу же после сброса разряда ADSC (до сохранения результата текущего преобразования). Однако реально цикл преобразования начнется не ранее чем через один

такт после окончания текущего преобразования. Временные диаграмма,иллюстрирующие сказанное, приведены на Рис.7 8.

Для формирования тактовой частоты модуля АЦП в нем имеется отдельный предделитель. Коэффициент деления предделителя и соответственно длительность преобразования опреде- ляется состоянием разрядов ADPS2…ADPS0 регистра ADCSR (см.Табл. 7.4)

Наибольшая точность преобразования достигается, если тактовая частота модуля АЦП находится в диапазоне 50…200 кГц. Соответственно коэффициент деления предделителя рекомендуется выбирать таким, чтобы тактовая частота модуля АЦП находилась в указанном диапазоне. Если же точности преобразования меньше 10 разрядов достаточно, можно использовать более высокую частоту, увеличивая тем самым частоту выборки. В ATmega128x для этой цели предназначен разряд ADCHM регистра SFIOR. При установке этого разряда в «1» скорость преобразования АЦП увеличивается. Однако при этом увеличивается и потребление микроконтроллера

Рис.7.4. Временные диаграммы работы АЦП в режиме одиночного преобразования (а), в режиме запуска по прерыванию (б) и в режиме непрерывного преобразования (в)

Таблица7.4. Задание коэффициента деления предделителя АЦП

Выводы микроконтроллера, подключенные к входу АЦП, определяются состоянием разрядов MUX4…MUX0 регистра ADMUX (см.Табл 7.5). Для каналов с дифференциальным входом указанные разряды определяют также коэффициент предварительного усиления входного сигнала.

Таблица7.5. Управление входным мультиплексором в моделях ATmega128x

MUX4…MUX0	Несимметричный вход
00000	ADC0
00001	ADC1
00010	ADC2
00011	ADC3
00100	ADC4
00101	ADC5
00110	ADC6
00111	ADC7

Как уже было отмечено, модуль АЦП может использовать различные источники опорного напряжения (ИОН). Выбор конкретного источника опорного напряжения осуществляется с помощью разрядов REFS1:REFS0 регистра ADMUX (Табл. 7.6 )

Таблица 7.6. Выбор источника опорного напряжения

Результат преобразования

После завершения преобразования (при установке в «1» флага ADIF регистра ADCSR) его результат сохраняется в регистре данных АЦП. Поскольку АЦП имеет 10 разрядов, этот регистр физически размещен в двух регистрах ввода/вывода ADCH:ADCL, доступных только для чтения. Эти регистры расположены по адресам $05:$04 и при включении микроконтроллера содержат значение «$0000».

По умолчанию результат преобразования выравнивается вправо (старшие 6 разрядов регистра ADCH — незначащие). Однако он может выравниваться и влево (младшие 6 разрядов регистра ADCL — незначащие). Для управления выравниванием результата преобразования служит разряд ADLAR регистра ADMUX. Если этот разряд установлен в «1», результат преобразования выравнивается по левой границе 16-разрядного слова, если сброшен в «0» — по правой ранице.

Обращение к регистрам ADCH и ADCL для получения результата преобразования должно выполняться в определенной последовательности: сначала необходимо прочитать регистр ADCL, а затем ADCH. Это требование связано с тем, что после обращения к регистру ADCL процессор блокирует доступ к регистрам данных со стороны АЦП до тех пор, пока не будет прочитан регистр ADCH. Благодаря этому можно быть уверенным, что при чтении регистров в них будут находиться составляющие одного и того же результата. Соответственно, если очередное преобразование завершится до обращения к регистру ADCH, результат преобразования будет потерян.

С другой стороны, если результат преобразования выравнивается влево и достаточно точности 8-разрядного значения, для получения результата можно прочитать только содержи мое регистра ADCH.