Jak używać mikrokontrolera Nuvoton N76E003 ADC do odczytu napięcia analogowego

Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) jest najczęściej używaną funkcją sprzętową mikrokontrolera. Pobiera napięcie analogowe i przetwarza je na wartość cyfrową. Ponieważ mikrokontrolery są urządzeniami cyfrowymi i pracują z cyfrą binarną 1 i 0, nie mogą bezpośrednio przetwarzać danych analogowych. W związku z tym ADC jest używany do pobierania napięcia analogowego i przekształcania go na jego równoważną wartość cyfrową, którą może zrozumieć mikrokontroler. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o konwerterze analogowo-cyfrowym (ADC), możesz sprawdzić powiązany artykuł.

Istnieją różne czujniki dostępne w elektronice, które zapewniają wyjście analogowe, takie jak czujniki gazu MQ, czujnik akcelerometru ADXL335 itp. Tak więc, używając przetwornika analogowo-cyfrowego, czujniki te mogą być połączone z jednostką mikrokontrolera. Możesz również zapoznać się z innymi samouczkami wymienionymi poniżej, dotyczącymi używania ADC z innymi mikrokontrolerami.

Jak korzystać z ADC w Arduino Uno?
Połączenie ADC0808 z mikrokontrolerem 8051
Korzystanie z modułu ADC mikrokontrolera PIC
Samouczek Raspberry Pi ADC
Jak korzystać z ADC w MSP430G2 - Pomiar napięcia analogowego
Jak korzystać z ADC w STM32F103C8

W tym samouczku użyjemy wbudowanego urządzenia peryferyjnego ADC jednostki mikrokontrolera N76E003, więc oceńmy, jakiego rodzaju konfiguracji sprzętowej wymagamy dla tej aplikacji.

Wymagane składniki i konfiguracja sprzętu

Aby użyć ADC na N76E003, użyjemy dzielnika napięcia za pomocą potencjometru i odczytujemy napięcie z zakresu 0V-5,0V. Napięcie będzie wyświetlane na wyświetlaczu LCD 16x2 znaków, jeśli jesteś nowy z wyświetlaczem LCD i N76E003, możesz sprawdzić, jak połączyć wyświetlacz LCD z Nuvoton N76E003. Dlatego głównym elementem wymaganym w tym projekcie jest wyświetlacz LCD 16x2 znaków. W tym projekcie użyjemy poniższych komponentów:

Wyświetlacz znaków LCD 16x2
Rezystor 1k
Potencjometr 50k lub potencjometr
Kilka przewodów Berga
Kilka przewodów połączeniowych
Płytka prototypowa

Nie wspominając o tym, że poza powyższymi komponentami potrzebujemy płytki rozwojowej opartej na mikrokontrolerze N76E003, a także programatora Nu-Link. Wymagany jest również dodatkowy zasilacz 5 V, ponieważ wyświetlacz LCD pobiera wystarczający prąd, którego programator nie mógł zapewnić.

Schemat obwodu Nuvoton N76E003 do odczytu napięcia analogowego

Jak widać na schemacie, port P0 jest używany do połączenia związanego z wyświetlaczem LCD. Po lewej stronie pokazane jest połączenie interfejsu programowania. Potencjometr działa jako dzielnik napięcia i jest wykrywany przez wejście analogowe 0 (AN0).

Informacje o GPIO i pinach analogowych w N76E003

Poniższy obraz przedstawia piny GPIO dostępne w module mikrokontrolera N76E003AT20. Jednak z 20 pinów, dla połączenia związanego z wyświetlaczem LCD, używany jest port P0 (P0.0, P0.1, P0.2, P0.4, P0.5, P0.6 i P0.7). Piny analogowe są podświetlone na czerwono.

Jak widać, Port P0 ma maksymalną liczbę pinów analogowych, ale są one używane do komunikacji związanej z wyświetlaczem LCD. Zatem P3.0 i P1.7 są dostępne jako piny wejścia analogowego AIN1 i AIN0. Ponieważ ten projekt wymaga tylko jednego styku analogowego, P1.7, który jest kanałem wejścia analogowego 0, jest używany w tym projekcie.

Informacje o urządzeniu peryferyjnym ADC w N76E003

N76E003 zapewnia 12-bitowy przetwornik SAR ADC. Bardzo dobrą cechą N76E003 jest to, że ma bardzo dobrą rozdzielczość ADC. ADC ma 8-kanałowe wejścia w trybie single-end. Łączenie ADC jest dość proste i nieskomplikowane.

Pierwszym krokiem jest wybranie wejścia kanału ADC. W mikrokontrolerach N76E003 dostępnych jest 8-kanałowych wejść. Po wybraniu wejść ADC lub pinów I / O, wszystkie piny muszą być ustawione dla kierunku w kodzie. Wszystkie piny używane do wejścia analogowego są pinami wejściowymi mikrokontrolera, dlatego wszystkie piny muszą być ustawione w trybie tylko wejściowym (wysoka impedancja). Można je ustawić za pomocą rejestru PxM1 i PxM2. Te dwa rejestry ustawiają tryby I / O, gdzie x oznacza numer portu (na przykład Port P1.0 rejestr będzie miał P1M1 i P1M2, dla P3.0 będzie to P3M1 i P3M2 itd.). widać na poniższym obrazku-

Konfiguracja ADC jest wykonywana przez dwa rejestry ADCCON0 i ADCCON1. Opis rejestru ADCCON0 pokazano poniżej.

Pierwsze 4 bity rejestru od bitu 0 do bitu 3 są używane do ustawiania wyboru kanału ADC. Ponieważ używamy kanału AIN0, wybór będzie wynosić 0000 dla tych czterech bitów.

Bity szósty i siódmy są ważnymi. ADCS jest wymagane do ustawienia 1 do rozpoczęcia konwersji ADC, a ADCF dostarczy informacje o pomyślnej konwersji ADC. Musi być ustawione na 0 przez oprogramowanie układowe, aby rozpocząć konwersję ADC. Następny rejestr to ADCCON1-

Rejestr ADCCON1 jest używany głównie do konwersji ADC wyzwalanej przez zewnętrzne źródła. Jednak w przypadku normalnych operacji związanych z odpytywaniem, pierwszy bit ADCEN musi ustawić 1 w celu włączenia obwodu ADC.

Następnie wejście kanału ADC musi być kontrolowane w rejestrze AINDIDS, w którym można rozłączyć wejścia cyfrowe.

N oznacza bitu w kanale (na przykład, kanał AIN0 musi być kontrolowany za pomocą pierwszego bitu P17DIDS z AINDIDS rejestru). Wejście cyfrowe musi być włączone, w przeciwnym razie będzie odczytywane jako 0. To wszystko jest podstawowym ustawieniem ADC. Teraz, po wyczyszczeniu ADCF i ustawieniu ADCS, można rozpocząć konwersję ADC. Przekonwertowana wartość będzie dostępna w poniższych rejestrach

Oba rejestry są 8-bitowe. Ponieważ ADC dostarcza 12-bitowe dane, ADCRH jest używany jako pełny (8-bitowy), a ADCRL jest używany jako połowa (4-bity).

Programowanie N76E003 dla ADC

Kodowanie określonego modułu za każdym razem jest gorączkowym zajęciem, dlatego zapewniono prostą, ale wydajną bibliotekę LCD, która będzie bardzo przydatna w przypadku interfejsu LCD 16x2 znaków z N76E003. Biblioteka LCD 16x2 jest dostępna w naszym repozytorium Github, które można pobrać z poniższego linku.

Pobierz bibliotekę LCD 16x2 dla Nuvoton N76E003

Prosimy o posiadanie biblioteki (poprzez sklonowanie lub pobranie) i po prostu dołączenie plików lcd.c i LCD.h do projektu Keil N76E003 w celu łatwej integracji wyświetlacza LCD 16x2 z żądaną aplikacją lub projektem. Biblioteka zapewni następujące przydatne funkcje związane z wyświetlaniem:

Zainicjuj wyświetlacz LCD.
Wyślij polecenie do wyświetlacza LCD.
Napisz na wyświetlaczu LCD.
Umieść ciąg na wyświetlaczu LCD (16 znaków).
Wydrukuj znak, wysyłając wartość szesnastkową.
Przewijaj długie wiadomości zawierające więcej niż 16 znaków.
Drukuj liczby całkowite bezpośrednio na wyświetlaczu LCD.

Kodowanie ADC jest proste. W funkcji konfiguracji Enable_ADC_AIN0; służy do ustawiania ADC dla wejścia AIN0 . Jest to zdefiniowane w pliku.

# zdefiniować Enable_ADC_AIN0 ADCCON0 & = 0xF0; P17_Input_Mode; AINDIDS = 0x00; AINDIDS- = SET_BIT0; ADCCON1- = SET_BIT0 // P17

Tak więc powyższa linia ustawia pin jako wejście i konfiguruje również rejestr ADCCON0, ADCCON1, a także rejestr AINDIDS . Poniższa funkcja odczyta ADC z rejestru ADCRH i ADCRL, ale z 12-bitową rozdzielczością.

unsigned int ADC_read (void) { register unsigned int adc_value = 0x0000; clr_ADCF; set_ADCS; podczas gdy (ADCF == 0); adc_value = ADCRH; adc_value << = 4; adc_value - = ADCRL; return adc_value; }

Bit jest przesuwany w lewo 4 razy, a następnie dodawany do zmiennej danych. W głównej funkcji ADC odczytuje dane i drukuje je bezpośrednio na wyświetlaczu. Jednak napięcie jest również konwertowane przy użyciu stosunku lub relacji między napięciem podzielonej przez wartość bitową.

12-bitowy przetwornik ADC zapewni 4095 bitów na wejściu 5,0 V. Dzieląc 5,0 V / 4095 = 0,0012210012210012 V.

Tak więc 1 cyfra zmian bitów będzie równa zmianom w 0,001 V (w przybliżeniu). Odbywa się to w głównej funkcji pokazanej poniżej.

void main (void) { int adc_data; Ustawiać(); lcd_com (0x01); while (1) { lcd_com (0x01); lcd_com (0x80); lcd_puts ("Dane ADC:"); adc_data = ADC_read (); lcd_print_number (adc_data); napięcie = adc_data * bit_to_voltage_ratio; sprintf (str_voltage, "Volt:% 0.2fV", napięcie); lcd_com (0xC0); lcd_puts (str_voltage); Timer0_Delay1ms (500); } }

Dane są konwertowane z wartości bitowej na napięcie i za pomocą funkcji sprintf , wyjście jest konwertowane na łańcuch i wysyłane do wyświetlacza LCD.

Miga kod i wyjście

Kod zwrócił 0 ostrzeżeń i 0 błędów i został sflashowany przy użyciu domyślnej metody flashowania przez Keil, możesz zobaczyć migający komunikat poniżej. Jeśli jesteś nowy w Keil lub Nuvoton, zapoznaj się z wprowadzeniem do mikrokontrolera Nuvoton, aby zrozumieć podstawy i sposób przesyłania kodu.

Rozpoczęto przebudowę: Projekt: licznik czasu Przebuduj cel „Cel 1” składanie STARTUP.A51… kompilowanie pliku main.c… kompilowanie lcd.c… kompilowanie Delay.c… łączenie… Rozmiar programu: dane = 101.3 xdata = 0 kod = 4162 tworzenie pliku szesnastkowego z ". \ Objects \ timer"… ". \ Objects \ timer" - 0 błędów, 0 ostrzeżeń. Upłynął czas kompilacji: 00:00:02 Załaduj „G: \\ n76E003 \\ Display \\ Objects \\ timer” Kasowanie pamięci flash zakończone . Wykonano zapis flashowy: zaprogramowano 4162 bajty. Flash Verify Gotowe: zweryfikowano 4162 bajty. Ładowanie Flash zakończyło się o 11:56:04

Poniższy rysunek przedstawia sprzęt podłączony do źródła zasilania za pomocą adaptera DC, a wyświetlacz pokazuje napięcie wyjściowe ustawione potencjometrem po prawej stronie.

Jeśli obrócimy potencjometr, napięcie podane na pin ADC również się zmieni i zobaczymy wartość ADC i napięcie analogowe wyświetlane na LCD. Możesz obejrzeć poniższy film, aby uzyskać pełną demonstrację działania tego samouczka.

Mam nadzieję, że podobał Ci się artykuł i nauczyłeś się czegoś przydatnego. Jeśli masz pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej lub możesz użyć naszych forów, aby opublikować inne pytania techniczne.