Mikrokontroler.pl - portal dla elektroników

Podczas próbkowania sygnału w module przetwornika ADC10_B ładowany jest wewnętrzny kondensator CI (kondensator jest rozładowywany w trakcie pomiaru). Czas próbkowania sygnału musi być tak ustalony, aby można było zgromadzić ładunek w kondensatorze. Na rysunku 4 pokazano schemat zastępczy wejścia analogowego w MSP430FR5739.

Rys. 4. Schemat elektryczny wejścia analogowego w MSP430FR5739

Czas próbkowania sygnału tSample w MSP430FR5739 przy dokładności pomiaru 1/2 bitu i rozdzielczości pomiaru 10 bitów obliczamy ze wzoru 7.2.

gdzie:

t_Sample – czas próbkowania sygnału [s],

RE – rezystancja zewnętrzna źródła,

RI – rezystancja wewnętrzna [1 k?],

CI – pojemność wewnętrzna [6 pF].

Żeby obliczyć liczbę taktów zegara ADC10CLK potrzebnych do odmierzenia czasu tSample (patrz tabela 11, ustawienie bitu ADC10SHTx) korzystamy ze wzoru 7.3.

gdzie:

x_Sample – liczba taktów zegara ADC10CLK o czasie trwania t_Sample,

t_Sample  – czas próbkowania sygnału [s],

f_ADC10CLK – częstotliwość sygnału ADC10CLK taktującego pomiar [Hz].

Po zakończeniu próbkowania sygnału zapamiętana w module S/H wartość sygnału analogowego zamieniana jest w rdzeniu SAR na postać cyfrową. W przypadku pracy przy rozdzielczości 10 bitów konwersja sygnału z postaci analogowej na cyfrową trwa 12 taktów sygnału ADC10CLK (przy rozdzielczości 8 bitów 10 taktów). Z kolejnym taktem sygnału ADC10CLK wynik pomiaru (10/8 bitów) jest zapisywany w rejestrze ADC10MEM.

Wynik pomiaru (NADC) może być zapisany w postaci binarnej albo uzupełnień do dwóch. Format prezentacji wyniku konfiguruje bit ADC10DF z rejestru ADC10CTL2. Wynik konwersji w formie binarnej określa wzór 7.1. Po zastosowaniu przekształceń matematycznych otrzymujemy wzór 7.4 na wartość mierzonego napięcia.

gdzie:

V_IN – wartość mierzonego napięcia [V],

N_RES – współczynnik maksymalnej rozdzielczości przetwornika (1023 gdy 10 bitów, 255 gdy 8 bitów),

N_ADC – cyfrowy wynik pomiaru odczytany z rejestru ADC10MEM,

V_R– – niższy potencjał referencyjny [V],

V_R+ – wyższy potencjał referencyjny [V].

Zakończenie pomiaru i wpisanie wyniku do rejestru ADC10MEM, powoduje ustawienie flagi przerwania ADC10IFG.

Zatrzymywanie pomiaru

Żeby zatrzymać pomiar napięcia należy w rejestrze ADC10CTL0 wyzerować bit zezwolenia na konwersję ENC. W trybie pracy pomiaru pojedynczego kanału (1) zatrzymanie pomiaru w trakcie jego trwania spowoduje, że w rejestrze ADC10MEM znajdzie się niepoprawny wynik. Dlatego też przed wyzerowaniem bitu ENC, należy sprawdzić, czy przetwornik nie wykonuje pomiaru. Żeby to zrobić należy w rejestrze ADC10CTL1 sprawdzić wartość bitu ADC10BUSY. Ustawiony bit, będzie oznaczał, że przetwornik jest zajęty (wykonuje pomiar). W pozostałych trybach pracy (2, 3, 4), nie ma konieczności sprawdzania bitu zajętości przetwornika. Bit zezwolenia na konwersję ENC można wyzerować w dowolnym momencie. Wówczas w trybie pomiaru grupy kanałów (2), pomiary zostaną zatrzymane po wykonaniu wszystkich pomiarów w grupie, a w trybie pomiarów cyklicznych (3, 4) po zakończeniu cyklu pomiarowego.

Wewnętrzny czujnik temperatury

W strukturę modułu generatora napięcia referencyjnego wbudowano „napięciowy” czujnik temperatury. Zmianę wartość napięcia na czujniku w zależności od temperatury czujnika ilustruje rysunek 5.

Rys. 5. Napięcie na czujniku, a temperatura czujnika

Napięcie, oraz temperaturę „na czujniku” obliczamy ze wzorów 7.5 i 7.6.

gdzie:

V_in – wartość napięcia na czujniku [V],

Temp – temperatura na czujniku [°C].

Napięcie V_in (wzór 7.4) mierzymy na 10 kanale pomiarowym modułu ADC10_B. Zmierzoną wartość napięcia podstawiamy do wzoru 7.6 i obliczamy temperaturę na czujniku. Korzystając z czujnika temperatury należy pamiętać, że mierzy on temperaturę mikrokontrolera. Żeby wykonać pomiar temperatury otoczenia należy przeskalować zmierzoną wartość temperatury.

Potencjałem referencyjnym wykorzystywanym podczas pracy czujnika temperatury jest zawsze napięcie V_REF (1,5/2,0/2,5 V). W strukturze TLV (opis w rozdziale kalibracja) zapisano współczynniki kalibracji czujnika temperatury dla każdej z 3 wartości potencjału referencyjnego VREF (kalibracja w zakresie temperatur od +30?C do +85?C). Korzystając z współczynników kalibracji, oraz wzorów 7.12, 7.13, 1.14 (opis w rozdziale kalibracja) również możemy obliczyć wartość temperatury mierzonej przez czujnik.

Dzielnik napięcia zasilania

W strukturę mikrokontrolera MSP430FR5739 wbudowano dzielnik napięcia zasilania (podział napięcia zasilania mikrokontrolera przez dwa). Przeskalowaną wartość napięcia zasilania v_In (wzór 7.4) mierzymy na 11 kanale pomiarowym moduł ADC10_B. Wartość napięcia zasilania mikrokontrolera obliczamy ze wzoru 7.7.

gdzie

v_Zas – wartość napięcia zasilania mikrokontrolera [V],

v_In – wartość napięcia na dzielniku [V].

Komparator okienkowy

Moduł ADC10_B wyposażono w układ komparatora analogowego. Wartości progowe komparatora ustawiamy w rejestrach:

• ADC10LO – próg dolny,
• ADC10HI – próg górny.

Komparator działa niezależnie od CPU mikrokontrolera. Wynik pomiaru z rejestru ADC10MEM porównywany jest z wartościami progowymi i ustawiane są flagi przerwań:

• ADC10LOIFG, gdy wynik pomiaru jest mniejszy niż wartość progu dolnego komparatora (rejestr ADC10LO),
• ADC10HIIFG, gdy wynik pomiaru jest większy niż wartość progu górnego komparatora (rejestr ADC10HI),
• ADC10INIFG, gdy wynik pomiaru jest większy niż wartość progu dolnego komparatora (rejestr ADC10LO) , oraz mniejszy niż wartość progu górnego komparatora (rejestr ADC10HI).

Flagi przerwań ustawiane są w rejestrze ADC10IFG, a obsługę przerwań (źródła przerwań) konfigurujemy w rejestrze ADC10IE. W procedurze obsługi przerwania, flagi nie są zerowane automatycznie i należy je wyzerować manualnie. Podczas ustawiania progów pracy komparatora (dolnego / górnego) należy uwzględnić rozdzielczość pracy przetwornika (8/10 bitów, bit ADC10RES z rejestru ADC10CTL2), oraz format wyniku pomiaru (binarny/uzupełnień do dwóch, bit ADC10DF z rejestru ADC10CTL2). Zmiana wartości bitów konfiguracyjnych ADC10RES, oraz ADC10DF powoduje ustawienie wartości domyślnych progów komparatora. Przy rozdzielczości przetwornika 10 bitów wartości domyślne rejestrów ADC10LO, ADC10HI to: 0x0000, 0x03FF dla trybu binarnego, oraz 0x0200, 0x01FF dla trybu uzupełnień do dwóch. Są to wartość minimalna dla progu dolnego ADC10LO, oraz wartość maksymalna dla progu górnego ADC10HI.

Przerwania

Moduł ADC10_B obsługuje 6 źródeł przerwań. Są to przerwania maskowalne i żeby włączyć ich obsługę należy w rejestrze SR ustawić bit GIE. Poszczególne źródła przerwań włączamy ustawiając bity konfiguracyjne w rejestrze ADC10IE. Flagi przerwań umieszczono w rejestrze ADC10IFG.

Tab 12. Opis przerwań modułu ADC10_B

* najwyższy priorytet obsługi ma przerwanie ADC10TOVIE, a najniższy przerwanie ADC10IE0

Przerwania modułu ADC10_B obsługiwane są przez jeden wektor przerwań. Żeby ułatwić obsługę przerwań zaprojektowano specjalny rejestr ADC10IV. W rejestrze ustawiana jest informacja o wystąpieniu przerwania (zawsze przechowywana jest informacja o przerwaniu o najwyższym priorytecie wykonania). Odczyt rejestru (instrukcja switch) powoduje wyzerowanie jego wartości. Dodatkowo czyszczona jest flaga przerwania o najwyższym priorytecie. Wyjątek stanowi flaga ADC10IFG0 (flaga czyszczona jest automatycznie podczas odczytu wyniku pomiaru z rejestru ADC10MEM0, flagę można również wyzerować manualnie).

List. 1. Szablon procedury obsługi przerwania

W przypadku, gdy wystąpi kilka zdarzeń jednocześnie, to najpierw obsłużone zostaną przerwania o najwyższym priorytecie (obsługę taką gwarantuje wykorzystanie w procedurze obsługi przerwania obsługi rejestru ADC10IV).