1 Chương 4 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI ADC 4 1 Chức năng bộ chuyển đổi ADC 4 2 Lập trình ứng dụng ADC 4 3 Ví dụ kqha2006 CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Khoa 24 1 Chức năng bộ chuyển đổi ADC 4 1 1 Kh. một số kiến thức cơ bản về vi điều khiển
8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chương HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI ADC 4.1 Chức chuyển đổi ADC 4.1.1 Khái niệm Trong ứng dụng đo lường điều khiển vi điều khiển chuyển đổi tương tự-số (ADC) thành phần quan trọng Dữ liệu giới liệu tương tự (analog) 4.1 Chức chuyển đổi ADC 4.2 Lập trình ứng dụng ADC 4.3 Ví dụ Ví dụ nhiệt độ khơng khí buổi sáng 25oC buổi trưa 32oC, hai mức giá trị có vô số giá trị liên tục mà nhiệt độ phải “đi qua” để đạt mức 32oC từ 25oC, đại lượng nhiệt độ gọi đại lượng analog @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.1 Khái niệm Trong đó, vi điều khiển thiết bị số (digital), giá trị mà vi điều khiển thao tác số rời rạc thực chất @ kqha2006 @ Khoa 4.1.1 Khái niệm CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ADC vi điều khiển: Tín hiệu tương tự đầu vào điện áp từ – 5V chúng tạo thành từ kết hợp hai mức Ví dụ: dùng ghi bit vi điều khiển để lưu lại giá trị nhiệt độ từ 0oC đến 255oC Một ghi bit chứa tối đa Để đo đại lượng khác (nhiệt độ, dòng điện,…) cần mạch chuyển đổi tín hiệu dạng điện áp 256 (28) giá trị nguyên từ đến 255, mức nhiệt độ không nguyên 28.123oC khơng ghi lại “số hóa” (digitalize) liệu analog thành liệu digital Tín hiệu điện áp đầu vào Chuyển đổi ADC Tính tốn, xử lý Q trình “số hóa” thực thiết bị gọi “bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter) 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Lấy mẫu Lấy mẫu Lượng tử hóa Là q trình rời rạc hóa tín hiệu theo miền thời gian Mã hóa @ kqha2006 @ Khoa CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Lượng tử hóa @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Lượng tử hóa Là q trình rời rạc hóa tín hiệu theo miền giá trị Một giá trị tín hiệu số phải biểu thị bội số nguyên lần giá trị đơn vị đó, giá trị nhỏ chọn Đơn vị chọn theo quy định gọi đơn vị lượng tử (bước lượng tử) 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC @ kqha2006 @ 10 Khoa 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Lượng tử hóa Mã hóa Là q trình dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số sau lượng tử hóa Mã nhị phân có sau q trình mã hóa tín hiệu đầu chuyển đổi ADC @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 11 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC @ kqha2006 @ 12 Khoa 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Mã hóa Mã hóa Ví dụ: sử dụng bit nhị phân mã hóa tín hiệu điện áp từ Nếu chọn bước lượng tử Vlt = 0.2V – 5V, với bước lượng tử Vlt = 0.5V STT … 10 11 Điện áp (V) 0.0 0.5 … 4.5 5.0 Mã hóa 0000 0001 … 1001 1010 Không thể biểu diễn điện áp 0.2V phải chọn bước STT Điện áp (V) Mã hóa … 15 16 0.0 0.2 … 2.8 3.0 0000 0001 … 1110 1111 Không thể biểu diễn điện áp lớn 3.0V lượng tử nhỏ 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 13 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Mã hóa 14 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Mã hóa Sử dụng bit mã hóa 16 giá trị cần lập bảng Bước lượng tử: mã hóa 16 giá trị điện áp từ 0V đến 5V STT Điện áp (V) Mã hóa … 15 16 * Vlt * Vlt … 14 * Vlt 15 * Vlt 0000 0001 … 1110 1111 Vlt 15 *Vlt 5.0(V ) CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vlt 15 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Mã hóa STT Điện áp (V) Mã hóa 0.00 0000 0.33 0001 0.66 0010 … … … 14 4.29 1101 15 4.62 1110 16 4.95 1111 Muốn mã hóa điện áp xác bước lượng tử phải nhỏ tăng số bit mã hóa Tổng quát: 5.0 Vlt (V ) 15 @ kqha2006 @ Khoa 5.0 (V ) 0.33(V ) 16 Vmax (V ) 2n @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 16 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Số bit dùng để mã hóa ADC gọi độ phân giải Độ phân giải ADC lớn đo điện áp xác Mức điện áp lớn mã hóa giá trị tối đa gọi điện áp tham chiếu VREF Bước lượng tử tính theo điện áp tham chiếu: Vlt VREF 2n 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 17 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC Mã hóa 0000 0001 0010 … 1101 1110 1111 Tính điện áp từ giá trị ADC Giá trị số, vi điều khiển hiểu Tính ngược giá trị để người hiểu @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC STT Điện áp (V) Mã hóa … 15 16 * Vlt * Vlt … 14 * Vlt 15 * Vlt 0000 0001 … 1110 1111 V V ADC *Vlt 19 ADC bit: 18 4.1.2 Các bước chuyển đổi ADC CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Tính điện áp từ giá trị ADC STT Điện áp (V) 0.00 0.33 0.66 … … 14 4.29 15 4.62 16 4.95 @ kqha2006 @ Khoa @ kqha2006 @ VREF * ADC 2n 1 4.2 Lập trình ứng dụng ADC 4.2.1 Thiết lập ghi Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 20 Giới thiệu ADC V VREF ADC 255 vi điều khiển ATMEGA16 Chân 30, 31: điện áp nguồn nuôi cho ADC (5V) ADC 10 bit VREF V ADC 1023 Chân 32 AREF: cấp điện áp tham chiếu 8 chân ADC nằm PORTA 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 21 4.2.1 Thiết lập ghi @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chú ý: để ADC hoạt động xác, cần cấp 22 4.2.1 Thiết lập ghi Nguyên tắc: sử dụng điện áp ổn định cho chân AVCC AREF tín hiệu ADC kết nối đầu tương ứng vào chân PORTA, theo thứ tự ưu tiên từ nhỏ đến lớn @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 23 4.2.1 Thiết lập ghi @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 24 4.2.1 Thiết lập ghi Khởi tạo cho ADC hoạt động: Khởi tạo cho ADC hoạt động: Cổng vào / ra: phải thiết lập làm đầu vào Sang tab ADC, thiết lập sau thả trôi o Tích vào ADC Enable phép ADC hoạt động o Tích vào Interrupt phép ngắt ADC 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 25 4.2.1 Thiết lập ghi @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 26 4.2.1 Thiết lập ghi Khởi tạo cho ADC hoạt động: Khởi tạo cho ADC hoạt động: Sang tab ADC, thiết lập sau Sang tab ADC, thiết lập sau o Nếu tích vào Use bit ADC o Auto Trigger Source: lựa chọn hoạt động với độ phân giải bit, Free Running khơng mặc định 10 bit o Automatically Scan Inputs: o Volt Ref: lựa chọn điện áp tham chiếu Tự động quét đầu vào ADC, sử dụng o Clock: lựa chọn tần số lấy mẫu ADC tín hiệu ADC lựa chọn First Last tương ứng @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THƠNG TIN 27 4.2.2 Lập trình ứng dụng Sử dụng tính ADC vi điều khiển, lập trình đo điện áp từ 0-5V, hiển thị kết lên LED @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 28 4.2.2 Lập trình ứng dụng Sử dụng tính ADC vi điều khiển, lập trình đo điện áp từ 0-5V, hiển thị kết lên LED : -Khởi tạo cổng vào / START 30 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 29 4.2.2 Lập trình ứng dụng @ kqha2006 @ Khoa CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 30 4.2.2 Lập trình ứng dụng Sử dụng tính ADC vi điều khiển, lập trình đo Đúng hay sai? điện áp từ 0-5V, hiển thị kết lên LED : START dienap = (5 / 1023) * adc_data[0]; -Viết hàm hiển thị LED : 30 -Viết code tính điện áp @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 31 4.3 Ví dụ @ kqha2006 @ Khoa CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 32 4.3 Ví dụ Đo nhiệt độ cảm biến LM35, hiển thị LED : -Vẽ mạch Đúng hay sai? nhietdo = (5 / 1023) * adc_data[0] / 0.01; : - Khởi tạo cổng vào / : - Lập cơng thức tính nhiệt độ theo giá trị ADC 8/7/2021 @ kqha2006 @ Khoa CÔNG NGHỆ THƠNG TIN 33 4.3 Ví dụ @ kqha2006 @ Khoa CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 34 4.3 Ví dụ Sử dụng tính ADC vi điều khiển, lập trình đo Đúng hay sai? điện áp từ 0-5V, hiển thị kết lên LED thanh, sử dụng ADC bit, với độ xác chữ số thập phân nhietdo = (5 * adc_data[0]) / 1023 / 0.01; : -Viết hàm hiển thị : -Viết cơng thức tính dienap