第六章 模拟比较器与AD

AD转换器完成
AD转换器中断
A / D 简 介
内部基准电压
AD转换器 基准电压 多路开关
查动输入
§7.1.4 A/D转换的控制寄存器
A/D转换控制寄存器由以下寄存器组成： ADC结果存放寄存器－ADCL 和 ADCH 由于是10位的A/D，所以结果存放在两个8位寄存器ADCL 和 ADCH 中，读取结果时必须先读取低位，再读取高位，否则读到的结 果是不正确的。结果数据格式如下：
第
章
模 拟 比 较 器 应 用
本章内容
一．模拟比较器原理和结构 二．模拟比较器的控制 三．模拟比较器应用举例 四．ATmega16中A/D的使用 五．模拟信号的处理 六．综合应用举例
模 拟 比 较 器 原 理 和 结 构
• 模拟比较器实际是比较AIN0和AIN1之间的电压，当AIN0大 于AIN1时，ACO为1，此时可根据中断触发方式（ACIS1和 ACIS0控制）和中断许可控制（ACIE）的选择，发中断请求。 从图中可以看出，AIN0通过控制（ACBG），可以选择接内 部的1.22V基准电源，AIN1通过控制（ACME和ADEN）使其 接ADC转换器的多路开关的输出端。（此时不能使用ADC功能） • ACD＝0 模拟比较器才能工作。 • 当ACIC＝1时，ACI可以触发定时器/计数器1的输入捕获功能。
§7.1.4 A/D相关寄存器介绍
位4（ADIF）：ADC中断标志。ADC转换完成后ADIF＝1，如 果ADC转换完成中断开放，则会引起中断和执行中断程序，此时 ADIF由CPU自动清0。当屏蔽中断时，通过给此位写1使其清0。
位3（ADIE）：ADC中断许可位。ADIE＝1，开放ADC转换完 成中断，ADIE＝0，则不开放ADC转换完成中断。 位2～位0（ADPS2～ADPS0）：ADC工作时钟的分频系数选择 位。ADC工作时钟频率一般在50～200KHz之间，而系统工作的 频率高于此频率，因而必须进行分频。分频系数见下表： （ ADC工作时钟频率越高，转换速度越快，但工作时钟频率必 须小于200KHz）
§7.1.4 A/D相关寄存器介绍
AD电压值的计算：
单端输入时，放大倍数为1
单端输入时电压计算方法：
假定输入电压为0V时转换后数字量为0，输入电压为 VRef时（最大值）为1024，转换后的数字是X，则实 际输入的电压Y为：Y＝(X×VRef)/1024 双端输入时电压计算方法： 假定条件和上面一样，则： 则实际输入的电压Y为：Y＝(X×VRef)/512/放大倍 数 。Y的值为Y正极－Y负极的差值。 双端输入时，最高位为符号位，为0时表示Y为正电压 （ Y正极>Y负极），为1时Y为负电压（ Y正极<Y负 极）。
ACIS1 0 0 ACIS0 0 1 中断模式 输出ACO变化触发 保留 ACIS1 1 1 ACIS0 0 1 中断模式 输出ACO下降沿触发 输出ACO上升沿触发
模拟比较器的控制
模拟比较器由下列控制寄存器控制 • 特殊功能寄存器－SFIOR
位 SFIOR 初始值 0 0 0 0 7 6 5 4 3 ACME 0 0 0 0 2 1 0
§7.1.4 A/D相关寄存器介绍
控制和状态寄存器－ADCSRA
位 ADCSRA 初始值 7 ADEN 0 6 ADSC 0 5 ADATE 0 4 ADIF 0 3 ADIE 0 2 ADPS2 0 1 ADPS1 0 0 ADPS0 0
位7（ADEN）：ADC使能。ADEN＝1 ，关闭PA口的输入和输出功能，PA 口为A/D输入口。ADEN＝0，关闭ADC功能，PA作为基本输入和输出口。 位6（ADSC）：ADC开始转换。 当A/D为单一转换模式时，选择通道后，ADSC＝1开始转换，转换完成 后ADSC自动复位为0。 当A/D为自动触发且在自由转换模式时，ADSC＝0开始转换，ADSC＝1 停止转换。 当A/D为自动触发且在非自由转换模式时，ADSC不起作用，转换开始由 相应触发条件控制。 位5（ADATE）：ADC转换自动触发选择。ADATE＝0，不选择此功能； ADATE＝1，ADC转换由相应的触发条件自动触发，触发条件由SFIOR设定。
应用举例－程序框图
应用举例－程序
＃include “avr/io.h”
int main() {unsigned char mid; //定义变量 DDRD = 0xff; //设置PC口为输出 PORTD = 0xff; //设置PC口为输出为高电平（LED熄灭） ACSR = 0x00; //启动模拟比较器 while(1) { mid = ACSR & 0x20; //读出模拟比较器的输出值 if( mid == 0 ) // 输出1 熄灭LED PORTD=1; else PORTD=0; // 输出0 点亮LED } }
§7.1.2 A/D转换的基本概念
输入信号量程：指A/D转换器输入信号的最低和最高的电压。 输入信号如果超出范围，则会导致芯片的损坏。ATmega16的 输入信号量程是0－5V的直流电压信号。 基准电源： A/D转换器为量化输入的电压信号，在转换时必 须提供一个基准电压，及基准电源。基准电源的电压值决定 可以转换输入信号的最大值，所以一般等于输入信号的最大 值。 位数：指A/D转换器用多少位二进制数表示输入信号的值。 ATmega16中A/D的位数为10位。位数越多，说明A/D转换器 精度越高。如：用12位二进制数表示0－5V的信号，则0V对 应数字0x000，5V对应0xFFF(4096)。所以最小可以表示的 电压是： （5－0）/（4096－0）=0.001V 同样的输入信号，如果是10位则最小可以表示的电压是： （5－0）/（1024－0） =0.005V
※ ADCL和ADCH在 C语言中合成为ADCW。
§7.1.4 A/D转换的控制寄存器
多路转换选择寄存器 － ADMUX 用于选择AD转换输入端、基准电源、数据格式等。说明如下：
位 ADMUX 初始值 7 REFS1 0 6 REFS0 0 5 ADLAR 0 4 MUX4 0 3 MUX3 0 2 MUX2 0 1 MUX1 0 0 MUX0 0
§7.1.2 A/D转换的基本概念
分辨率：指A/D转换器最小可以分辨的值，用 ±1/2LSB 表示，和输入信号量程和转换位数有关。 多路切换开关：多路切换开关是只有一个输出和多个 输入的电子开关，其输出接A/D 转换器的输入，选择 多路切换开关不同的输入端和输出端相连，就可以实 现对多路输入信号进行转换。
位7～位6（REFS1、 REFS0）：基准电源选择，功能选择见下表
REFS1 0 0 1 1 REFS0 0 1 0 1 基 准 电 源 选 择 参考电压为AREF，内部参考电源关闭 AVcc为参考电压，AREF通过电容接地 保留 使用内部2.56V参考电压，AREF通过电容接地
位5（ADLAR）：输出数据对齐格式。为0数据右对齐，为1左对齐。（见 ADCL和ADCH的说明）
位3（ACME）：ACME＝1且ADEN＝0，此时模拟比较器的负端接的是ADC多 路转换开关的输出端。ACME在ADEN＝1时不起作用。具体请见下表：
模拟比较器的应用举例
如图所示：外部信号由模拟比 较器的AIN0输入，AIN1接 至VCC的分压，取R1＝R2， 则AIN1的电压为0.5VCC。
当AIN0的电压大于0.5VCC时， ACSR中的ACO置‘1’；低 于时则清‘0’。当AIN0的 电压大于0.5VCC时，LED灯 亮，反之熄灭。
右对齐：ADMUX的ADLAR＝0时
位 ADCH 15 0 14 0 13 0 12 0 11 0 10 0 9 ADC9 8 ADC8
ADCL
位
ADC7
7
ADC6
6
ADC5
5
ADC4
4
ADC3
3
ADC2
2
ADC1
1
ADC0
0
左对ห้องสมุดไป่ตู้：ADMUX的ADLAR＝1时
位 ADCH ADCL 位 15 ADC9 ADC1 7 14 ADC8 ADC0 6 13 ADC7 0 5 12 ADC6 0 4 11 ADC5 0 3 10 ADC4 0 2 9 ADC3 0 1 8 ADC2 0 0
§7.1.3 ATmega16中A/D简介
A/D的位数为10位。 8路模拟输入信号ADC0－ADC7，和PA0－ PA7为同一个引脚。 模拟地AGND、A/D芯片工作的模拟电源 AVcc： AVcc和单片机工作电源Vcc之间的压 差不超过0.3V,一般和Vcc相连。AGND一般在 一点集中和GND相连，以提高A/D芯片抗干 扰的能力。 基准电源ARef： ARef电压值在AVcc和 AGND之间，决定输入电压的最大值。A/D转 换器的基准电源也可采用内部提供的基准电源， 此时ARef通过电容和AGND相连。
ATmega16中A/D的使用
一． 二． 三． 四． 五． A/D转换的作用 A/D转换的基本概念 ATmega16中A/D简介 A/D转换的控制寄存器 A/D的基本使用举例
§7.1.1 A/D转换的作用
模拟量：指信号是连续变化的量。如电压信号、温 度信号、油的压力信号等。 数字量：由二进制数表示的量。计算机只能处理数 字量。 计算机只能处理数字量，所以必须通过模/数转换器 (简称A/D转换器或ADC)把模拟信号转换成数字信号。 模/数转换器根据其转换采用的方法，可以分成并行 型A/D转换器、逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D 转换器三种。 ATmega16中A/D为逐次逼近A/D转换 器。
10000
ADC0
ADC1
1
§7.1.4 A/D转换的控制寄存器
接上表
MUX4～MUX0 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111 1.22V 0V 无效 单端输入模式 差动输入正端 ADC1 ADC2 ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 ADC7 ADC0 ADC1 ADC2 ADC3 ADC4 ADC5 差动输入负端 ADC1 ADC1 ADC1 ADC1 ADC1 ADC1 ADC1 ADC2 ADC2 ADC2 ADC2 ADC2 ADC2 无效 放大倍数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1