[Kurs] Programowanie ARM LPC1114 cz.6 - ADC

Elvis · Luty 20, 2011

[Kurs] Programowanie ARM LPC1114 cz.6 - ADC

W tym odcinku zajmiemy się działaniem przetwornika analogowo-cyfrowego (ang. Analog-to-Digital Converter). Mikrokontroler LPC1114 jest wyposażony w jeden, 10-bitowy przetwornik.

Wejście przetwornika podłączone jest przez multiplekser do 8 wejść procesora. Możemy wybrać, sygnał z którego wejścia chcemy odczytać.

• AD0 - P0.11

• AD1 - P1.0

• AD2 - P1.1

• AD3 - P1.2

• AD4 - P1.3

• AD5 - P1.4

• AD6 - P1.10

• AD7 - P1.11

Na płytce ZL32ARM znajdziemy potencjometr P1 podłączony do pinu P0.11, czyli kanału AD0 przetwornika A/C.

Obracając potencjometrem możemy zmieniać napięcie podawane na wejście przetwornika.

Przetwornik zmienia napięcie na liczby. Jak wiemy przetwornik jest 10-bitowy. Oznacza to, że pozwala na odczyt 2^10, czyli 1024 poziomów napięcia. Są one reprezentowane jako liczby od 0, do 1023. Jeśli na wejście przetwornika podamy napięcie 0V, odczytamy wartość 0, gdy napięcie 3.3V, odczytamy 1023.

Ogólnie przeliczenie z napięcia, na wartość wyraża wzór:

ADC = 1023 * Vad / 3.3

Podobnie, mając odczytaną wartość z przetwornika, możemy obliczyć napięcie na przetworniku:

Vad = 3.3 * ADC / 1023

Gdy znamy podstawy działania przetwornika, czas napisać program odczytujący wartość z przetwornika.

W pliku program16.zip znajdziemy omawiany program.

Opis zaczniemy niejako od końca. Mamy dwie funkcje:

adc_init()
adc_get(int channel)

Pierwszą należy wywołać raz na początku programu.

Druga funkcja odczytuje wartość z przetwornika o podanym numerze.

Wykorzystamy wcześniej podane układy peryferyjne, aby w zależności od wartości z przetwornika:

• regulować częstotliwość migania diody LED

• wysyłać odczytaną wartość z przetwornika przez RS-232

• sterować prędkością silnika zależnie od położenia potencjometru

Pętla główna programu wygląda następująco:

while(1) {
	val = adc_get(0);
	uart_send_int(val);
	uart_send("\n");
	if (val>=0) {
		pwm_set(val/10, 100-val/10);
		GPIOClear(LED_1);
		delay(val/50);
		GPIOSet(LED_1);
		delay(20-val/50);
	}
}

Funkcja uart_send_int wysyła wartość liczbową (odczytaną z przetwornika) przez RS-232.

Funkcja pwm_set służy do sterowania prędkością silników robota.

Opóźnienia (funkcja delay) regulują częstotliwość migania diody.

Program jak widać jest bardzo krótki,

Poniżej rezultat działania:

Teraz zajmijmy się funkcjami obsługującymi konwerter.

• adc_init()

Ta funkcja ma dwa zadania. Po pierwsze musi uruchomić przetwornik (domyślnie wyłączony, aby oszczędzać prąd). Realizują to następujące instrukcje:

	LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~0x0010;
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= 0x2000;

Kolejnym krokiem jest ustawienie funkcji pinów przetwornika. Na razie wykorzystamy tylko kanał AD0:

	LPC_IOCON->R_PIO0_11 = 0x02;

• adc_get

Przed konwersją ustawiamy parametry pracy przetwornika. Realizuje to linia:

	LPC_ADC->CR = ADCR_CLKDIV|(1<<channel);

channel to numer kanału, z którego będziemy odczytywać dane (u nas 0).

Natomiast stała ADCR_CLKDIV określa dzielnik zegara dla przetwornika A/C. Procesor jak pamiętamy działa z częstotliwością 48MHz. Natomiast przetwornik wymaga zegara o częstotliwości co najwyżej 4.5MHz. Musimy więc podzielić częstotliwość zegara systemowego przez 11 (48MHz/11 = 4.36MHz). Możemy podać większą wartość dzielnika, natomiast należy unikać przekraczania częstotliwości 4.5MHz - może to spowodować błędne działanie przetwornika.

Stała ADCR_CLKDIV zawiera wartość dzielnika pomniejszoną o 1. Chcemy używać dzielnik 11, więc definiujemy:

#define ADCR_CLKDIV	(10<<8)

Dalej następuje uruchomienie konwertera:

  	LPC_ADC->CR |= 0x01000000;

Oczekiwanie na zakończenie konwersji:

    while (((val=LPC_ADC->GDR) & 0x80000000)==0);

Na koniec wyłączenie konwertera i zapisanie wyniku:

    LPC_ADC->CR &= ~0x01000000;
   if ((val & 0x40000000)==0) {
   	result = (val>>6) & 0x3ff;
   }

Jeśli jest to nieco zawiłe, nie należy się poddawać, w przykładowych programach znajdziemy gotową funkcję obsługi konwertera.

Więcej kanałów przetwornika

Umiemy już odczytywać dane z kanału 0 (AD0), czas odczytać wszystkie 8 kanałów.

Kolejny przykład znajdziemy w pliku program17.zip.

Funkcje dotyczące przetwornika A/C zostały przeniesione do nowego modułu (pliki adc.h oraz adc.c).

Tym razem wszystkie piny podłączone do konwertera są ustawiane jako wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego:

	LPC_IOCON->R_PIO0_11 = 0x02;	// P0.11 <- AD0
LPC_IOCON->R_PIO1_0 = 0x02;		// P1.0  <- AD1
LPC_IOCON->R_PIO1_1 = 0x02;		// P1.1  <- AD2
LPC_IOCON->R_PIO1_2 = 0x02;		// P1.2  <- AD3
LPC_IOCON->SWDIO_PIO1_3 = 0x02;	// P1.3	 <- AD4
LPC_IOCON->PIO1_4 = 0x01;		// P1.4	 <- AD5
LPC_IOCON->PIO1_10 = 0x01;		// P1.10 <- AD6
LPC_IOCON->PIO1_11 = 0x01;		// P1.11 <- AD7

Ponieważ przesyłamy znacznie więcej danych przez RS-232, zwiększona została prędkość transmisji. Zamiast jak dotychczas 9600, dane wysyłane są z prędkością 115200.

Poniżej widzimy rezultat działania programu:

Odczyt z kanału AD0 możemy regulować potencjometrem, pozostałe wymagają podłączenia źródła sygnału.

Ponieważ docelowym przykładem będzie robot, pozostałe wejścia zostaną podłączone do optoelementów. Napięcie na przetworniku będzie się zmieniało w zależności od koloru podłoża.

program16.zip

program17.zip