conversão ad

5/17/2018 Conversão AD - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/conversao-ad 1/7

Como usar o canal AD do PIC

COMO UTILIZAR O CONVERSOR AD DO MICROCONTROLADOR PIC

O CONVERSOR ANALÓGICO DIGITAL (AD)

Vivemos em um mundo analógico. Tudo à nossa volta é analógico. Todas as sensações que podemos experimentar são analógicas (audição, visão, olfatotato, etc). E ainda todas as grandezas físicas que se fazem por vezes necessárias determinar, também são analógicas (tensão, corrente, temperatura, pressã

Porém os sistemas informatizados atuais como computadores, microprocessadores, microcontroladores e outros microsistemas no geral são digitais. Para

dados do mundo externo com estes sistemas, é preciso conhecer e compreender melhor o funcionamento dos conversores analógicos (ADCs).

Estes conversores transformam um sinal analógico qualquer em um sinal digital discreto, passivo de ser “processado” pelos computadores e microsistemaatuais.

Para converter um sinal analógico qualquer, o conversor faz algumas amostragens e depois representa a leitura realizada através de um valor equivalente (digital), de acordo com a sua precisão. E esta é determinada pelo número de bits que um ADC pode usar em sua escala de conversão. Sendo assim, quannúmero de bits dentro da escala de conversão, maior será a precisão do conversor.

Um conversor ADC com 8 bits pode retornar valores dentro da faixa de 00H a FFH (0 a 255) e um ADC com 10 bits retornará valores de 0000H a 03FFH1023).

Obs.: O “H” inserido ao lado dos números refere-se à adoção do sistema de numeração hexadecimal, um sistema muito usado em computação e eletr

que possui 16 valores – números de 0 a 9 e letras A, B, C, D, E, F, respectivamente, os valores de 10 a 15.

Assim para um mesmo valor de entrada, poderemos ter resoluções diferentes. Quanto menor o valor retornado em nossa resolução, maior será a precisão realizada. A resolução é dada pela fórmula,

resolução = V ref / 2 n

onde:Vref = tensão de entrada no conversor n = número de bits do conversor (quantidades de bits que compõe um degrau)

Para exemplificar ainda mais, na tabela abaixo você tem o comparativo do valor da resolução para uma conversão do valor de 5 Volts com ADC’s de 8 e

Tabela – Resolução para ADC’s de 8 e 10 bits de precisão

ADC de 8 bits ADC de 10 bits

Valor a ser convertido = 5V

Resolução = Entrada / 28 - 1 = 5V / 256 - 1 = 0,0196 V

Resolução = 19,6 mV

Valor a ser convertido = 5V

Resolução = Entrada / 210 - 1 = 5V / 1024 - 1 = 0,00488 V

Resolução = 4,88 mV

Assim, um sinal analógico variante no tempo é agora desmontado em pequenos degraus durante uma conversão digital. Ou seja, nosso conversor vai de zvalor máximo de referência (valor mais alto admitido pelo conversor ADC em sua entrada), em degraus dados pela resolução.

Nota-se que com um ADC de 8 bits podemos representar um valor de 0 a 5VDC em degraus com 0,0196 V cada, e com um ADC de 10 bits podemos repmesmo valor em degraus com 0,00488 V cada. Obtemos assim, para o último caso, uma precisão muito maior.

Note que o valor que obteremos do conversor não será o valor de 0,0196V ou 0,00488V, por exemplo, para conversores de 8 e 10 bits respectivamente. Oconversor ADC enviará um valor binário dentro da sua escala que representa a grandeza analógica em sua entrada. Cabe a nós desenvolvedores operarmo"milagre da conversão” do valor binário para um valor decimal dentro da escala desejada. Isso será feito internamente no microcontrolador, através de eqmatemáticas previamente definidas no programa.

http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/Medidas_Analogicas_w_PIC.htm (1 of 7)05/05/2012 15:33:16




Um outro ponto importante a respeito é que a informação está dividida em degraus, e se o valor ficar entre um degrau e outro, por exemplo, o ADC poderuma leitura flutuante hora enviando o primeiro degrau dentro da faixa de leitura, hora o segundo. Mas nunca um valor intermediário entre dois degraus. Odos degraus são sempre fixos!

Vamos a um exemplo bem simples. Digamos que durante uma experiência qualquer, com dois conversores ADC diferentes, um com 8 e outro com 10 bit

precisão, medindo uma tensão com 3,41VDC obtivemos os seguintes resultados:

ADC 8 bits => 10101101 binário = 173 decimal

ADC 10 bits => 1010111010 binário = 698 decimal

Se você multiplicar os valores pela resolução calculada para cada um, obteríamos:

ADC 8 bits => 173 x 19,3 mV = 3,33 V

ADC 10 bits => 698 x 4,88 mV = 3,40 V

No exemplo fica claro o fator precisão no exemplo. Variando apenas um único bit na mesma o valor informado pelo ADC de 8 bits ficou fora da faixa. JáADC de 10 bit s a diferença não foi tão grande assim. Some o valor “1” a ambos os valores demonstrados e refaça os calculos. Para ambos os ADC’s o varetornado será o mesmo. Agora some “2” aos valores retornados. Teremos então, 175 para o ADC de 8 bits e 700 para o ADC de 10 bits. O valores agoraserão 3,43VDC para o ADC de 8 bits e 3,416 para o ADC de 10 bits. Portanto, numa possível “flutuação” durante a conversão, um numero maior de bits

precisão poderá ajudar no resultado final obtido.

O CONVERSOR ADC DO MICROCONTROLADOR PIC

Alguns microcontroladores PIC possuem conversores ADC internos, outros não. É preciso selecionar um que possua conversor ADC interno para poder uVamos selecionar o PIC16F877 apenas para fins de exemplo. O conversor ADC deste microcontrolador possui a seguintes características:

- Pode trabalhar com 8 ou 10 bits de precisão;- Possui 8 canais para conversão;- Quatro tipos de referência: VDD ou VSS (interna), VREF+ ou VREF- (externa);

- Freqüência de conversão baseada no clock interno do microcontrolador ou através de cristal externo (pode operar no modo sleep);- Três divisores para a freqüência (clock interno da máquina);

- Dois tipos de justificação do resultado: direita e esquerda;- Uma interrupção para avisar sobre o término da conversão.

Apesar do modelo possuir 8 canais para conversão, ele só possui um único conversor. Os canais são na verdade entradas ligadas através de uma “chave” ser selecionada internamente através do programa. Assim, apenas uma única conversão pode ser feita por vez.

CONFIGURANDO O PIC PARA LEITURAS ANALÓGICAS

OS REGISTRADORES ADCON1 E TRIS

A primeira coisa a fazer é definir o número de canais necessários para o projeto que você tem em mãos. Após isso é necessário configurar os pinos de I/O

canais estão ligados como entradas analógicas (os microcontroladores PIC muitas vezes compartilham vários recursos através de um único pino de I/O, cfeito também em muitos outros microcontroladores). Para configurar os canais analógicos é necessário alterar os bits <PCFG3 : PCFG0> no registrador Veja a tabela abaixo.

Tabela – Seleção dos canais analógicos, VREF+ e VREF-

PCFG3: PCFG0

AN7 RE2

AN6 RE1

AN5 RE0

AN4 RA5

AN3 RA3

AN2 RA2

AN1 RA1

AN1 RA0

VREF

+ VREF- Canais

ADC Ref. Externa

0000 A A A A A A A A VDD VSS 8 0

0001 A A A A VREF+ A A A RA3 VSS 7 1





0010 D D D A A A A A VDD VSS 5 0

0011 D D D A VREF+ A A A RA3 VSS 4 1

0100 D D D D A D A A VDD VSS 3 0

0101 D D D D VREF+ D A A RA3 VSS 2 1

0110 D D D D D D D D VDD VSS 0 0

0111 D D D D D D D D VDD VSS 0 0

1000 A A A A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 6 2

1001 D D A A A A A A VDD VSS 6 0

1010 D D A A VREF+ A A A RA3 VSS 5 1

1011 D D A A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 4 2

1100 D D D A VREF+ VREF- A A RA3 RA2 3 2

1101 D D D D VREF+ VREF- A A RA3 RA2 2 2

1110 D D D D D D D A VDD VSS 1 0

1111 D D D D VREF+ VREF- D A RA3 RA2 1 2

Pinos configurados como I/O digital (D)

Pinos configurados como entrada analógica (A)

Além do registrador ADCON1, os registradores TRISA e TRISE (para o caso do PIC16F877) devem ser configurados corretamente. Os pinos que serão utcomo entradas analógicas devem ser configurados como entradas através dos referidos registradores (fazendo o bit = 1).

JUSTIFICAÇÃO DO RESULTADO – CONVERSÕES PARA 8 E 10 BITS

Agora que já temos informações sobre a seleção dos canais analógicos vamos falar sobre a “justificação” do resultado obtido. Esta pode ser feito de duas à direita ou à esquerda. Para isso basta configurar o bit <ADFM> no registrador ADCON1 conforme a tabela 3.

Tabela – Seleção da justificação em ADCON1

ADFM Justificação 0 Justificado a esquerda. O resultado da conversão utiliza todos os bits (0 a 7) de ADRESH e

somente dois bits (7 e 6) de ADRESL

1 Justificado a direita. O resultado da conversão utiliza todos os bits (0 a 7) de ADRESL esomente dois bits (7 e 6) de ADRESH

A justificação ajuda quando desejamos trabalhar com apenas 8 bits na conversão ao invés de 10. Neste caso justificamos a esquerda onde utilizaríamos toem ADRESH e desprezaríamos os bits em ADRESL.





TENSÂO DE REFERÊNCIA

O valor apresentado pelo ADC leva em conta, sempre, a referência selecionada. Ou seja, quando a referência VREF+ selecionada for VDD, por exemplo, a

máxima 5VDC será representada pelo valor 1024.

Porém se você optar por utilizar os pinos RA3 e/ou RA2 como entrada para diferentes tensões de referência, a máxima conversão retornada como 1024 terexatamente o valor inserido no pino RA3 ou ainda a diferença entre RA3 e RA2, caso VREF- tenha sido selecionado também. De qualquer maneira, é neces

observar os valores máximos e mínimos para trabalhar com tensões de referência externas no PIC. Veja a tabela abaixo.

Tabela – Valores máximos e mínimos p/ tensões de ref. externas

Referência Valor Mínimo (V) Valor Máximo (V)

VREF+ VDD – 2,5 VDD + 0,3

VREF- VSS – 0,3 VREF+ + 2,0

(VREF+ - VREF-) 2,0 VDD + 0,3

VELOCIDADE DE AMOSTRAGEM E SELEÇÃO DO TAD

Um outro detalhe muito importante sobre o conversor analógico interno do PIC diz respeito a sua velocidade. Toda amostragem feita é realizada pelo proSample and Hold (amostra e congela). O conversor possui um capacitor interno (120 pF) que é ligado ao canal analógico selecionado durante a amostragsinal. Assim, ele é carregado com a tensão presente na entrada. Quando um processo de conversão tem inicio, o capacitor é desligado do canal selecionadmantendo assim a tensão anteriormente presente na entrada. Assim, mesmo que a tensão na entrada sofra pequenas variações, estas não afetarão a converagora está em andamento internamente.

Devido a este fato você deve tomar muito cuidado durante suas “medidas analógicas” com o PIC. Digamos que entre uma leitura e outra o capacitor se depor completo. Para que uma nova conversão possa ser feita de maneira adequada, é necessário esperar pela carga total do capacitor. Assim é necessário quma leitura e outra haja um tempo (tempo de adequação do capacitor). Recomenda-se que na pior das hipóteses este não seja inferior a 40 us (40 x 10-6 se

A adequação do capacitor interno também dependerá da temperatura e da impedância inserida na entrada. Valores entre 50k Ohm e 10k Ohm são os indicQuanto menor o valor da impedância inserida na entrada, menor será o tempo de adequação do capacitor.

O tempo de adequação do capacitor também está intimamente ligado ao clock selecionado para o conversor ADC. Podemos chamar este tempo (período)

este será equivalente ao tempo de conversão de 1 bit . Como o conversor do PIC tem 10 bits teremos 10 x TAD . É preciso acrescentar dois períodos neste

sendo um para a adequação do capacitor e outro para o inicio da conversão. Temos então 12 x TAD. O valor de TAD dependerá então do valor da freqüên

clock selecionada para o conversor.

Obs.: é recomendável acrescentar mais 2 T AD no total calculado, pois ao final da conversão o flag da interrupção é marcado e o capacitor será religad

REGISTRADOR ADCON0

SELEÇÃO DA FREQUENCIA PARA O CONVERSOR

Agora você tem algumas informações que o ajudarão a calcular melhor o tempo de adequação do capacitor e assim evitar medidas errôneas. Para isso sernecessário selecionar a freqüência de trabalho para o conversor. Esta será feita em dois bits <ADCS1:ADCS0> do registrador ADCON0. Veja a tabela ab

Tabela – Seleção da Freqüência

ADCS1 ADCS0 Freqüência

0 0 FOSC / 2





0 1 FOSC / 8

1 0 FOSC / 32

1 1 RC interno

Vamos a um pequeno exemplo. Digamos que o cristal externo no PIC seja de 20 MHz e a opção selecionada seja FOSC / 2, então temos:

T AD = 2 / 20.000.000 = 100 x 10 9 => 100ns

Este tempo é bastante pequeno, se considerarmos que cada ciclo de máquina nesta situação terá 200 ns. Assim o mesmo não é recomendado.

A escolha correta para este caso seria FOSC / 32. Com este valor obteríamos um TAD de 1,6 us aproximadamente. Multiplicando o total obtido nosso temp

seria de aproximadamente 22 us. Se a cada leitura entre um ou mais canais, um tempo de 40 us fosse dado, estaríamos mais que dentro dos nossos limites

Obs.: A escolha correta da freqüência de trabalho do conversor representa a diferença entre o sucesso e o fracasso no uso deste periférico.

Outros bits importantes no registrador ADCON0 são: <CH2:CH0>, <ADON> e <GO/DONE>. O bit <ADON> liga o sistema de conversão. Os bits <C

CHS0> são utilizados para selecionar o canal que desejamos trabalhar ADCON0. Veja a tabela abaixo.

Tabela – Seleção do canalCHS2:CHS0 Canal selecionado

000 Canal 0 (AN0/RA0)





101 Canal 5 (AN0/RE0)



O bit <GO/DONE> determina o estado do ADC: 0 indica que a conversão terminou, 1 conversão em andamento. Se o bit for forçado a “zero” lógico, a cfinalizada e os valores presentes em ADRESH e ADRESL não são afetados.

Observados as configurações, vamos a um pequeno segmento de código que o ajudara a compreender melhor o que foi dito até aqui. O mesmo foi montalinguagem assembly Microchip ( Assembler é compilador!!!). Este demonstrará como utilizar apenas um único canal analógico ( AN0-RA0), com VREF+ ig

(5VDC) e VREF- igual a VSS (GND). Veja o código a seguir:

p i c_ i n i t :

bsf STATUS,RP0 ; m uda par a ban co 1 m ov l w b ' 000011 10 ' ; f az po r t a A d i g t a l

; exce to RA0 ( AN0) m ovw f ADCON1 ; va l o r j us t i f i cado a esquerda m ov l w 0x01 ; a j us t a os b i t s em A como sa ída m ovw f TRI SA ; exce to RA0

; ( AN0 - en t r ada ana lóg i ca) bcf STATUS,RP0 ; vo l t a par a banco 0 m ov l w b ' 010000 01 ' ; l i ga ADC cana l 0 m ovw f ADCON0 ; f osc/ 8

Esta primeira parte do código deve ser inserida no inicio do seu programa, no ponto de configuração do PIC. Veja que o registrador ADCON1 é setado de





com o indicado na segunda tabela apresentada, para os bits PCFG3:PCFG0. Apenas RA0 é utilizado como entrada analógica. O bit ADFM é setado de aca terceira tabela (justificação à esquerda).

O registrador TRISA também é configurado conforme descrito: apenas RA0 é entrada, e o restante dos bits será utilizado como saída. É importante notar qregistradores encontram-se no banco 1, e assim é necessário fazer a troca de bancos antes de qualquer tentativa de acessar os registradores descritos.

No segmento de código demonstrado o registro ADCON0 é carregado com o valor binário “01000001”. Isso nos dá a seguinte configuração, conforme tababaixo:

Tabela – Configuração no registrador ADCON0

Bit Nome do Bit Valor inserido

7 ADCS1 – Freqüência do conversor 0

6 ADCS0 – Freqüência do conversor 1

5 CHS2 – Canal selecionado 0



2 GO/DONE – Estado do ADC 0

1 Não utilizado 0

0 ADON – Liga conversor analógico 1

A leitura do canal seria feita então, da seguinte maneira: loop:

bsf ADCON0,2 ; colhe dado do canal analógico

espera_ad:

btfsc ADCON0,2 ; testa para ver se dado pronto goto espera_ad ; dado ainda não pronto

; continua teste movf ADRESH,W ; carrega valor da conversão em "W"

call _40us ; temporiza 40 us

goto loop ; faz eternamente Neste segmento de código, quando a conversão é finalizada, o valor de ADRESH é inserido em W . Em seguida é realizado uma “espera” e uma nova leiturealizada.

O comando “goto loop” pode ser retirado e no lugar deste inserido as rotinas de conversão do valor obtido. Neste caso a temporização poderá ser retiradadependendo do período que esta conversão ocupar (desde que esta não tenha um tempor de execução menor ao TAD total calculado). Você também poder

interrupção para “leitura/conversão realizada”. Para isso é necessário seguir os seguintes passos:

- Limpar o bit <ADIF> no registrador PIR1;

- Ligar a interrupção do ADC através do bit <ADIE> no registrador PIE1; - Ligar as interrupções para periféricos através do bit <PEIE> no registrador INTCON; - Ligar as interrupções (gerais) através do bit <GIE> no registrador INTCON.

CONCLUSÃO

As informações passadas neste artigo apenas preparam a utilização do conversor ADC do microcontrolador PIC Microchip. Um exemplo de uso pode serencontrado neste site, no projeto Vo l t ím e t ro PI C. Bom estudo e até a próxima.


http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/voltimetro_pic.htm

http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/voltimetro_pic.htm




Copyright deste conteúdo reservado para Márcio José Soares e protegido pela Lei de Direitos Autorais LEI N° 9.619 de Fevereiro de 1998. É estritamente proibida a reprodução total ou parcial do conteúdo desta página em outpontos da internet, livros ou outros tipos de publicações comerciais ou não, sem a prévia autorização por escrito autor.


conversão ad

Documents