AVR单片机ADC范例程序ADC.hADC.C.doc

AD(模数)转换范例
编写：阿莫(armok) / 代码设计：HJJourAVR / 2005-09-05 / www.OurAVR.com
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 ：
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
.
4. 代码设计与说明 ：
/***********************************************
**** AVR ADC使用范例 ***
**** ***
**** 作者： HJJourAVR ***
**** 编译器：WINAVR20050214 ***
**** 时钟： 内部RC 8MHz ***
**** ***
**** www.OurAVR.com 2006.4.30 ***
***********************************************/
/*
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
*/

#include <avr/io.h>
#include <avr/delay.h>
#include <avr/signal.h>
#include <avr/interrupt.h>
/*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 2483 //mV 实测的Vref引脚电压@5.0V供电
//#define Vref 2464 //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<<ADSC); //启动AD转换
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //方法1 等待AD转换结束
// while ((ADCSRA&(1<<ADIF))==0); //写法2 这种写法优化不好
// loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC); //方法2 检测ADSC=0也行
ADCSRA|=(1<<ADIF); //写1清除标志位
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<<ADSC);
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
ADCSRA|=(1<<ADIF);
//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<<ADSC);
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
ADCSRA|=(1<<ADIF);
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<<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。

ADCSRA=(1<<ADEN)|0x06; //使能ADC,时钟64分频 125KHz@8MHz system clock
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<<ADIE); //使能ADC中断
ADMUX=0xC0|AD_SE_ADC0; //单端输入ADC0
ADC_OK=0; //软件标志清零
ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换
while(ADC_OK==0); //等待ADC完成，实际程序中可以运行其它任务
ADCSRA&=~(1<<ADIE); //禁止ADC中断
//查询方式和中断方式要注意 ADIF标志位的处理。
}
}

/*
OURAVR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

*/