陆小凤之大金鹏王朝:AVR AD(模数)转换范例

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

3. 电路图设计 ：

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

4. 代码设计与说明 ：

/*************************************************
****      ADC(模数转换)使用范例                ***
****                                          ***
**** 策划、整理与测试： 阿莫(armok)            ***
**** 代码设计：  HJJourAVR                     ***
**** 编译器：WINAVR20050214                    ***
****   www.OurAVR.com  2005.8.31             ***
*************************************************/

#include 
#include 
#include 
#include 
/*宏INTERRUPT 的用法与SIGNAL 类似，区别在于
    SIGNAL 执行时全局中断触发位被清除、其他中断被禁止
    INTERRUPT 执行时全局中断触发位被置位、其他中断可嵌套执
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。
分别是：void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定义 */

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

//常量定义
//单端通道，不放大
#define AD_SE_ADC0 0x00 //ADC0
#define AD_SE_ADC1 0x01 //ADC1
#define AD_SE_ADC2 0x02 //ADC2
#define AD_SE_ADC3 0x03 //ADC3
#define AD_SE_ADC4 0x04 //ADC4
#define AD_SE_ADC5 0x05 //ADC5
#define AD_SE_ADC6 0x06 //ADC6
#define AD_SE_ADC7 0x07 //ADC7

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

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

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

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

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

//注:
//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。
//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。

#define Vref 2556 //mV 实测的Vref引脚电压@5.0V供电
//#define Vref 2550 //mV 实测的Vref引脚电压@3.3V供电

//全局变量
unsigned int ADC_SingleEnded; //单端输入的ADC值
int ADC_Diff; //差分输入的ADC值
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
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

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

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC单端通道
   {
      ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：单端通道 0x00~0x07,0x1E,0x1F
      //0xc0:选择内部2.56V参考电压
      ADCSRA|=(1<      loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //方法1 等待AD转换结束
      // while ((ADCSRA&(1<      // loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC); //方法2 检测ADSC=0也行
      ADCSRA|=(1<      return ADC; //ADC=ADCH:ADCL
   }

int read_adc_diff(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC差分通道
  {
      unsigned int ADC_FIX;
      ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：差分通道 0x08~0x1D
      _delay_ms(1); //等待差分增益稳定>125uS
      ADCSRA|=(1<      loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
      ADCSRA|=(1<      //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。
      ADCSRA|=(1<      loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
      ADCSRA|=(1<      ADC_FIX=ADC;
      //输出结果用2的补码形式表示
      //可正可负 +/-9bit -512~+511
      //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-。
      //Tiny26就不行，ADC+输入端的电压必须大于或等于ADC-,为+10bit
   
     if (ADC_FIX>=0x0200) //负数要变换，正数不用
        {
           ADC_FIX|=0xFC00; //变换成16位无符号整数
         }
     return (int)ADC_FIX;
    }
SIGNAL(SIG_ADC) //ADC中断服务程序
   {
      //硬件自动清除ADIF标志位
      ADC_INT_SE=ADC; //读取结果
      ADC_OK=1;
   }
         

int main(void)
   {
     long temp32;
     ADC_SingleEnded =0;
     ADC_Diff=0;
     ADC_INT_SE=0; 

     //上电默认DDRx=0x00,PORTx=0x00 输入，无上拉电阻
     PORTB=0xFF; //不用的管脚使能内部上拉电阻。
     PORTC=0xFF;
     PORTD=0xFF;
     PORTA=~((1<     //作ADC输入时，不可使能内部上拉电阻。

     ADCSRA=(1<     sei(); //使能全局中断
     
     while (1)
       {
         //实测的Vref引脚电压 =2556mV
         ADC_SingleEnded=read_adc(AD_SE_ADC0);
         //查询方式读取ADC0
         temp32=(long)ADC_SingleEnded*Vref;
         LED_Volt=(unsigned int)(temp32/1024);

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

         ADCSRA|=(1<         ADMUX=0xC0|AD_SE_ADC0; //单端输入ADC0
         ADC_OK=0; //软件标志清零
         ADCSRA|=(1<         while(ADC_OK==0); //等待ADC完成，实际程序中可以运行其它任务
         ADCSRA&=~(1<         //查询方式和中断方式要注意 ADIF标志位的处理。
      }