Ацп для ардуино что это

АЦП (Аналого-цифровой преобразователь) на Arduino

Описан процесс измерения напряжения с помощью Arduino, а точнее с использованием аналого-цифровой преобразователя (АЦП), доступного на плате Arduino

АЦП Arduino UNO имеет разрешение 10 бит, т.е. позволяет выводить значения в десятичном виде от 0 до 1023.

В относительных единицах деление шклалы 5/1024 = 4.9 мВ;

Описание здесь http://arduino.ru/Reference/Analogreference

analogRead(pin) — Функция считывает значение с указанного аналогового входа. Возвращает: int (0 to 1023).

Считывание значение с аналогового входа занимает примерно 100 микросекунд (0.0001 сек), т.е. максимальная частота считывания приблизительно 10,000 раз в секунду.

analogReference(type) — определяет опорное напряжение относительно которого происходят аналоговые измерения. Type принимает одно из следующих значений:

DEFAULT: стандартное опорное напряжение 5 В (на платформах с напряжением питания 5 В) или 3.3 В (на платформах с напряжением питания 3.3 В).

INTERNAL: встроенное опорное напряжение 1.1 В на микроконтроллерах ATmega168 и ATmega328, и 2.56 В на ATmega8.

EXTERNAL: внешний источник опорного напряжения, подключенный к выводу AREF (рекомендуется подключать к выводу AREF через резистор 5 кОм).

Примеч.: Опорное напряжение можно установить, используя функцию analogReference или при помощи битов REFT[1:0] в регистре ADMUX.

Используйте внутреннее опорное напряжение 1.1 В для точных измерений внешних напряжений:

analogReference(INTERNAL1V1); // выбираем внутреннее опорное напряжение 1.1В

Опорное напряжение 1.1 В более стабильно и не зависит от изменения напряжения питания или температуры. Таким образом, можно производить измерения абсолютных значений. В Arduino Mega также возможен вариант опорного напряжения 2.56 В.

Режимы работы

1) Разовая выборка — это на самом деле то, что Arduino делает при вызове функции analogRead.

Из-за шумов 2 младших бита обычно отбрасывают:

int val = analogRead(A0)>>2;

— в итоге получаем значения от 0 до 255, т.е. точность 5/255=19.6мВ.

2) Непрерывная выборка:

Хорошей идеей при непрерывной выборке сигнала является использование прерываний.

Микроконтроллеры ATMega328 и ATMega2560 могут быть переведены в режим непрерывной выборки (free running mode). В этом режиме АЦП запускается автоматически после завершения предыдущей обработки.

Для включения режима непрерывной выборки необходимо установить три регистра: ADMUX, ADCSRA и ADCSRB.

Источник

Ацп для ардуино что это

Как обычно, вся теория рассказана в видео.

Практика

Теперь напишем этот же пример на языке Си. Начнём с настойки мультиплексора — регистр ADMUX. Я люблю при первичной инициализации указывать все биты регистра. Биты MUXx используются для выбора входа. Помимо аналоговых входов вход АЦП может быть подключён к питанию МК, к «земле» или к встроенному аналоговому термометру. Я не рекомендую использовать этот термометр ввиду низкой точности показаний. Биты REFS1 и REFS0 устанавливают источник опорного напряжения — эталон для измерения. Можно выбрать как внутренний источник напряжения 2,56 В, так и внешний (вход AREF) или использовать в качестве эталона напряжение питания. Бит ADLAR определяет выравнивание: 1 — слева, 0 — справа.

Далее следует регистр ADCSRA — регистр управления и состояния. Биты ADPS2, ADPS1, ADPS0 отвечают за настройку тактовой частоты АЦП. Производитель рекомендует выбирать тактовую частоту в диапазоне 50..200 кГц. Биты ADIE и ADIF отвечают за прерывание по окончании измерения: разрешение и флаг прерывания соответственно. Следующий бит — ADATE устанавливает режим работы: 0 — преобразование запускается по команде, 1 — режим определяется битами ADTS2, ADTS1, ADTS0 регистра ADCSR1B. Бит ADSC — команда запуска преобразования. И последний бит — ADEN попросту включает или выключает АЦП.

В конечном итоге инициализация выглядит так:

Этот код нужно добавить в проект, который был создан в предыдущих статьях.

Теперь переходим к измерению. Алгоритм следующий — записываем бит ADSC, ожидаем поднятия флага ADFR, считываем результат и отправляем в порт.

Конструкция while была рассмотрена во втором уроке цикла. Символ ! (восклицательный знак) обозначает отрицание. То есть, конструкция while(!(ADCSRA & (1

Источник

Использование аналого-цифрового преобразования (АЦП) в Arduino Uno

В этой статье мы рассмотрим различные аспекты использования аналого-цифрового преобразования (АЦП, в англ. ADC — Analog to Digital Conversion) в Arduino Uno.

Плата Arduino имеет 6 каналов АЦП, как показано на следующем рисунке.

Любые из этих каналов (или даже все сразу) можно использовать для подачи на них аналогового напряжения. АЦП в Arduino Uno имеет разрешение 10 бит, то есть получаем диапазон целых чисел, соответствующих этому разрешению, от 0 до 2^10-1 (до 1023). Это означает, что значение входного аналогового напряжения от 0 до 5 В преобразуется в целое число от 0 до 1023. То есть получаем шаг АЦП равный 5/1024= 4.9 мВ.

В нашем проекте мы будем подключать потенциометр к каналу ‘A0’, а результат аналого-цифрового преобразования на этом канале показывать на жидкокристаллическом (ЖК) дисплее. В радиолюбительской практике наиболее распространены жидкокристаллические (ЖК) дисплеи 16×1 и 16×2. ЖК дисплей 16×1 может отображать 16 символов, расположенных на одной строке. ЖК дисплей 16×2 может в сумме отображать 32 символа на двух строках – 16 символов на первой строке и 16 символов на второй. Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что каждый символ в подобных дисплеях состоит из 5×10=50 пикселов (точек). То есть чтобы отобразить 1 символ все эти 50 пикселов должны работать вместе. Но мы можем об этом не беспокоиться, потому что за их совместную работу отвечает контроллер HD44780 – его визуально можно увидеть на обратной стороне ЖК дисплея.

Необходимые компоненты

Плата Arduino UNO
Источник питаний 5 В
ЖК дисплей 16х2 (JHD_162ALCD)
Конденсатор 100 пФ
Конденсатор 100 нФ
Потенциометр 100 кОм

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

В ЖК дисплее 16×2 если мы хотим задействовать черный цвет, то нам будут нужны все его 16 контактов, в противном случае нам будет достаточно 14 контактов. Эти 2 контакта, отвечающие за черный цвет, можно оставить неиспользованными. Среди оставшихся 14 контактов мы имеем 8 контактов данных (7-14 или D0-D7), 2 контакта для подачи питания (1&2 или VSS&VDD или GND&+5v), 3-й контакт для управления контрастностью (определяет насколько «жирными» будут выглядеть символы на экране дисплея) и 3 управляющих контакта (RS&RW&E).

На представленной схеме можно увидеть, что мы использовали только 2 управляющих контакта – это обеспечивает гибкость в управлении. Бит контраста и READ/WRITE используются редко, поэтому в нашем случае их можно замкнуть на землю – это обеспечивает ЖК дисплею максимальную контрастность и режим чтения. Таким образом, нам необходимо будет контролировать только контакты ENABLE и RS чтобы передавать на ЖК дисплей символы и данные.

В схеме необходимо будет сделать следующие соединения с ЖК дисплеем:
PIN1 или VSS на землю
PIN2 или VDD или VCC к источнику питания +5В
PIN3 или VEE на землю (обеспечивает максимальную контрастность – хорошо для начинающих)
PIN4 или RS (Register Selection) к контакту PIN0 ARDUINO UNO
PIN5 или RW (Read/Write) на землю (переводит ЖК дисплей в режим чтения, что упрощает взаимодействие с ним для начинающих)
PIN6 или E (Enable) к контакту PIN1 of ARDUINO UNO
PIN11 или D4 к контакту PIN8 of ARDUINO UNO
PIN12 или D5 к контакту PIN9 of ARDUINO UNO
PIN13 или D6 к контакту PIN10 of ARDUINO UNO
PIN14 или D7 к контакту PIN11 of ARDUINO UNO

Программная среда ARDUINO IDE позволяет пользователю использовать ЖК дисплей в 4-битном режиме. Этот тип взаимодействия с ЖК дисплеем позволяет сократить использование контактов ARDUINO, к тому же этот режим взаимодействия (4-битный) по умолчанию заложен в ARDUINO. На представленной схеме мы использовали 4-битный режим взаимодействия (контакты D4-D7).

То есть в сумме мы подсоединили 6 контактов ЖК дисплея к нашей плате Arduino, из которых 4 контакта будут использоваться для передачи данных и 2 контакта для целей управления.

Объяснение работы программы

Для того, чтобы полноценно использовать АЦП в Arduino Uno, необходимо сделать следующие вещи:

analogRead(pin);
analogReference();
analogReadResolution(bits);

Прежде всего необходимо отметить что каналы АЦП Arduino Uno имеют по умолчанию опорное значение 5 В (опорное напряжение). Это означает, что максимальное входное значение напряжения для каждого канала АЦП Arduino составляет 5 В. Но некоторые датчики имеют выходное напряжение в диапазоне 0-2,5 В, поэтому если мы будем использовать опорное напряжение по умолчанию (5 В), то мы потеряем в точности измерений. В связи с этим полезно иметь возможность изменения значения опорного напряжения, для Arduino Uno это делается с помощью команды “ analogReference(); ”.

По умолчанию мы имеем разрешающую способность АЦП, равную 10 бит, разрешение АЦП мы также можем изменить используя команду “ analogReadResolution(bits); ”. Это может быть полезно в ряде случаев.

Теперь, если все установки параметров работы АЦП нами сделаны, мы можем считать значение АЦП с канала ‘0’ просто используя инструкцию “analogRead(pin);”, где “pin” означает контакт (вывод), на который мы подаем аналоговый сигнал, в нашем случае это будет контакт “A0”. Значение с выхода АЦП может быть преобразовано в число типа integer, например, с помощью инструкции “ int ADCVALUE = analogRead(A0); ”, в результате выполнения этой инструкции значение с используемого канала АЦП после проведения преобразования (то есть АЦП) сохраняется в переменной целого типа (integer) под названием “ADCVALUE”.

Теперь несколько слов о работе с ЖК дисплеем 16×2. Сначала мы должны подключить необходимый заголовочный файл с помощью команды ‘ #include
’, этот заголовочный файл содержит все необходимые функции для работы с ЖК дисплеем. По умолчанию функционал этого файла настроен для работы с ЖК дисплеем в 4-битном режиме. С помощью этого заголовочного файла нам не нужно будет заботиться о том, чтобы передавать данные в ЖК дисплей бит за битом и писать какие либо собственные функции для работы с ЖК дисплеем.

Далее мы должны указать какой именно тип ЖК дисплея мы будем использовать. Существуют различные типы ЖК дисплеев, например, 20×4, 16×2, 16×1 и т.д. Мы в нашем проекте будем использовать ЖК дисплей 16×2, поэтому мы должны будем записать команду ‘ lcd.begin(16, 2); ’. А если бы у нас был дисплей 16×1, то нам бы пришлось использовать команду ‘lcd.begin(16, 1);’.

Далее мы Arduino Uno должны указать, к каким ее контактам мы подключили ЖК дисплей. В нашем случае мы к Arduino Uno подключили следующие выводы ЖК дисплея: “RS, En, D4, D5, D6, D7”. Мы подключили их к контактам 0, 1, 8, 9, 10, 11 Arduino Uno, поэтому в нашем случае соответствующая команда будет иметь следующий вид: “LiquidCrystal lcd(0, 1, 8, 9, 10, 11);”.

После всего этого мы можем приступит к передаче данных на ЖК дисплей. Сделать это можно, к примеру, с помощью следующей команды: “ lcd.print(«hello, world!»); ”. В результате выполнения этой команды на экран ЖК дисплея будет выведена строка ‘hello, world!’.

Исходный код программы

В этом разделе статьи будет представлен полный код программы для обработки данных с АЦП Arduino Uno и последующего их вывода на ЖК дисплей. Если у вас возникнут вопросы, то вы можете задать их в комментариях к данной статье.

#include

// подключаем необходимый заголовочный файл для работы с ЖК дсиплеем
LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13); // сообщаем Arduino номера контактов, к которым мы подключили ЖК дисплей
char ADCSHOW[5]; //объявляем переменную для хранения результата АЦП
void setup()
<
// устанавливаем число столбцов и строк для ЖК дисплея
lcd.begin(16, 2);
>
void loop()
<
// устанавливаем курсор в нулевой столбец 1-й строки
lcd.print(» CIRCUIT DIGEST»); //выводим на экран ЖК дисплея строку
lcd.setCursor(0, 1); // устанавливаем курсор в нулевой столбец второй строки
lcd.print(«ADC RESULT:»); // выводим на экран ЖК дисплея строку «ADC RESULT:»
String ADCVALUE = String(analogRead(A0)); //сохраняем значение АЦП в переменной типа «строка»

ADCVALUE.toCharArray(ADCSHOW, 5); // преобразуем эту строку в символьный массив
lcd.print(ADCSHOW); // выводим значение этого символьного массива на экран ЖК дисплея
lcd.print(» «);
lcd.setCursor(0, 0); // устанавливаем курсор в нулевой столбец 1-й строки
>

Видео, демонстрирующее работу схемы

Также можете посмотреть еще одно видео про то, как использовать АЦП в Arduino Uno. Оно на английском языке, но зато очень подробное и доходчивое.

Источник

Аналоговые пины

В прошлом уроке мы разобрали измерение и вывод цифрового сигнала, а в этом разберём аналоговый сигнал. Зачем нужно читать аналоговый сигнал? Микроконтроллер может выступать в роли вольтметра, измерять собственное напряжение питания, например от аккумулятора, может измерять ток через шунт (если вы знаете закон Ома), можно измерять сопротивление, а также работать с потенциометрами (крутильными, линейными, джойстиками), которые являются очень удобными органами управления.

В уроке про возможности микроконтроллера мы обсуждали аналоговые входы, т.е. входы, подключенные к АЦП – аналогово-цифровому преобразователю (ADC). Взглянем на распиновку популярных плат (Arduino Nano и Wemos Mini):

Пины, на которых выведен ADC, могут измерять аналоговый сигнал. На плате Nano это пины, маркированные буквой А (A0A7), а у esp8266 такой пин всего один – A0.

Чтение сигнала

“Аналоговые” пины могут принимать напряжение от 0V (GND) до опорного напряжения и преобразовывать его в цифровое значение, просто в какие-то условные единицы. АЦП на AVR и esp8266 имеет разрядность в 10 бит, т.е. мы получаем измеренное напряжение в виде числа от 0 до 1023 .

Функция, которая оцифровывает напряжение, называется analogRead(pin) . Она принимает в качестве аргумента номер аналогового пина и возвращает оцифрованное напряжение. Сам пин должен быть сконфигурирован как INPUT (вход). Нумерация:

  • Arduino Nano:
    • Просто номером А-пина: A0 – 0
    • Как на плате: A0 – A0
    • Порядковым номером GPIO: А0 – 14 , A1 – 15 .. А7 – 21
  • Wemos Mini
    • Просто номером А-пина: A0 – 0
    • Как на плате: A0 – A0

Пример, опрашивающий пин А0:

Хранить полученное значение разумно в переменной типа int , потому что значение варьируется от 0 до 1023.

10k) – можно, но всё равно не рекомендуется этого допускать.

Потенциометры

Аналоговые пины очень часто используются при работе с потенциометрами (переменный резистор). При помощи полученного значения можно влиять на ход работы программы, менять какие-то настройки и тому подобное. У потенциометра всегда три ноги: две крайние и одна центральная. Всё вместе это представляет собой делитель напряжения, который и позволяет менять напряжение в диапазоне 0-VCC: К Arduino потенциометр подключается следующим образом: средний вывод на любой A-пин, крайние – на GND и питание. От порядка подключения GND и питания зависит направление изменения значения. Что касается сопротивления, то читай заметку по делителям напряжения ниже в этом уроке. Чаще всего для МК ставят потенциометры с сопротивлением 10 кОм, но диапазон в принципе очень широк: от 1 кОм до 100 кОм. Чем больше, тем более шумным будет приходить сигнал, а если брать меньше – пойдут потери тока в нагрев потенциометра, а это никому не нужно.

Опорное напряжение (для AVR Arduino)

Опорное напряжение играет главную роль в измерении аналогового сигнала, потому что именно от него зависит максимальное измеряемое напряжение и вообще возможность и точность перевода полученного значения 0-1023 в Вольты. Изучим функцию analogReference(mode) , где mode:

  • DEFAULT : опорное напряжение равно напряжению питания МК. Активно по умолчанию
  • INTERNAL : встроенный источник опорного на 1.1V (для ATmega168 или ATmega328P) и 2.56V (на ATmega8)
  • INTERNAL1V1 : встроенный источник опорного на 1.1V (только для Arduino Mega)
  • INTERNAL2V56 : встроенный источник опорного на 2.56V (только для Arduino Mega)
  • EXTERNAL : опорным будет считаться напряжение, поданное на пин AREF

После изменения источника опорного напряжения (вызова analogReference() ) первые несколько измерений могут быть нестабильными. Значение 1023 функции analogRead() будет соответствовать выбранному опорному напряжению или напряжению выше его.

В режиме DEFAULT мы можем оцифровать напряжение от 0 до напряжения питания VCC. Если напряжение питания 4.5 Вольта, и мы подаём 4.5 Вольт – получим оцифрованное значение 1023. Если подаём 5 Вольт – опять же получим 1023, т.к. выше опорного. Это правило работает и дальше, главное не превышать 5.5 Вольт. Как измерять более высокое напряжение, читайте ниже.

Что касается точности: при питании от 5V и режиме DEFAULT мы получим точность измерения напряжения (5 / 1024)

4.9 милливольт. Поставив INTERNAL мы можем измерять напряжение от 0V до 1.1V с точностью (1.1 / 1024)

0.98 милливольт. Весьма неплохо, особенно если баловаться с делителем напряжения.

Что касается внешнего источника опорного напряжения: нельзя подавать напряжение меньше 0V (отрицательное) или выше 5.5V в качестве внешнего опорного в пин AREF. Также при подключении внешнего опорного напряжения нужно вызвать analogReference(EXTERNAL) до первого вызова функции analogRead() (начиная с запуска программы), иначе можно повредить микроконтроллер!

Чтобы “на лету” переключаться между внутренними и внешним опорными, можно подключить его на AREF через резистор на

5 кОм. Вход AREF имеет собственное сопротивление в 32 кОм, поэтому реальное опорное будет вычисляться по формуле REF = V * 32 / (R + 32), где R – сопротивление резистора (кОм), через которое подключено опорное напряжение V (Вольт). Например для 2.5V получим 2.5 * 32 / (32 + 5) =

2.2V реальное опорное.

Измерение напряжения

0-5 Вольт

Простой пример, как измерить напряжение на аналоговом пине и перевести его в Вольты. Плата питается от 5V.

Таким образом переменная voltage получает значение в Вольтах, от 0 до 5. Чуть позже мы поговорим о более точных измерениях при помощи некоторых хаков. Почему мы делим на 1024, а не на 1023 , ведь максимальное значение измерения с АЦП составляет 1023? Ответ можно найти в даташите:
АЦП при преобразовании отнимает один бит, т.е. 5.0 Вольт он в принципе может измерить только как 4.995, что и получится по формуле выше: 1023 * 5 / 1024 == 4.995.. . Таким образом делить нужно на 1024.

Сильно больше 5 Вольт

Для измерения постоянного напряжения больше 5 Вольт нужно использовать делитель напряжения на резисторах (Википедия). Схема подключения, при которой плата питается от 12V в пин Vin и может измерять напряжение источника (например, аккумулятора):
Код для перевода значения с analogRead() в Вольты с учётом делителя напряжения:

Как выбрать/рассчитать делитель напряжения?

  • Согласно даташиту на ATmega, сумма R1 + R2 не рекомендуется больше 10 кОм для достижения наибольшей точности измерения. В то же время через делитель на 10 кОм будет течь ощутимый ток, что критично для автономных устройств (читай ниже). Если девайс работает от сети или от аккумулятора, но МК не используется в режиме сна – ставим делитель 10 кОм и не задумываемся. Также рекомендуется поставить конденсатор между GND и аналоговым пином для уменьшения помех.
  • Если девайс работает от аккумулятора и микроконтроллер “спит”: пусть аккумулятор 12V, тогда через 10 кОм делитель пойдёт ток 1.2 мА. Сам микроконтроллер в режиме сна потребляет

1 мкА, что в тысячу раз меньше! На самом деле можно взять делитель с гораздо бОльшим суммарным сопротивлением (но не больше 20 МОм, внутреннего сопротивления самого АЦП), но обязательно поставить конденсатор на

0.1 мкФ между аналоговым пином и GND (вот здесь проводили эксперимент). Таким образом например при при R1+R2 = 10 МОм (не забыть про конденсатор) ток через делитель будет 1.2 мкА, что уже гораздо лучше!
Коэффициент делителя (не тот, который в Википедии) равен (R1 + R2) / R2 . Коэффициент должен быть таким, чтобы при делении на него измеряемого напряжения не получилось больше напряжения питания МК. У меня в примере (10 + 4.7) / 4.7

3.13 . Я хочу измерять литиевый аккумулятор с максимальным напряжением 12.8 Вольт. 12.8 / 3.13

4 Вольта – отлично. Например для измерения 36 Вольт я бы взял делитель с плечами 100к и 10к.

  • Можно воспользоваться онлайн-калькулятором.
  • Сильно меньше 5 Вольт

    Для более точных измерений маленького напряжения можно подключить пин AREF к источнику низкого опорного напряжения (об этом было выше), чтобы “сузить” диапазон работы АЦП. Источник может быть как внешний, так и внутренний, например изменив опорное на внутреннее 1.1V ( analogReference(INTERNAL) ) можно измерять напряжение от 0 до 1.1 Вольта с точностью 1.1/1024

    Видео

    Источник

    Adblock
    detector