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1 8. A/D 변환기 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 학습 내용 ATmega28 ADC ADC 개요 ADC 레지스터 ADC 프로그램 온도센서 프로그램 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 2

2 ATmega28 ADC 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 3 A/D 변환기 개요 물리적인 현상(전압, 전류,온도,속도,조도,습도,압력,속,,습,압력 )들은 아날로그 값이므로 이를 컴퓨터에서 입력 받아 처리하려면 디지털값으로변환필요 물리현상은 센서(sensor)에 의해 검출되어 전압, 전류 등 전기신호로 변환 A/D 변환기(ADC, Analog to Digital Converter) 아날로그의 전기신호(전압)를 디지털 신호로 변환해 주는 장치 분해능(resolution) 아날로그 변화 값을 표시할 수 있는 단계의 수 0비트의 분해능은 024, 즉 입력값이 024 단계로 표시 분해능이 높을 수록 더 정확하게 변환 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 4

3 ATmega28 ADC 개요 ATmega28 ADC 특성 0비트 분해능 8개의 단극성 입력 0 ~ V REF 입력 전압 공급, 0~0x3FF (0~023) 기준전압 V REF 는 A/D 변환되는 전압의 범위 22 종류의 차동입력(differential input) -V REF ~ + V REF의 입력 전압 공급, 0x200~0xFF (-52~5) 0배또는200배증폭가능 8채널의 아날로그 입력은 포트 F로 입력 V REF 값 AVCC(핀 64), 내부 2.56V, AREF 단자(핀 62) 중 선택 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 5 ADC CONVERSION COMPLETE IRQ 8-BIT DATA BUS ADC MULTIPLEXER SELECT (ADMUX) ADC CTRL & STATUS REGISTER (ADCSRA) 5 0 ADC DATA REGISTER (ADCH:ADCL) REFS S REFS S0 ADLA AR MUX 5 MUX 3 MUX 2 0 N C R F S2 S S0 ADIF ADIE MUX MUX ADEN ADSC ADFR ADIF ADPS ADPS ADPS ADC[9:0] MUX DECODER PRESCALER AVCC INTERNAL 2.56V REFERENCE N CHANNEL SELECTION N GAIN SELECTION CONVERSION LOGIC AREF 0-BIT DAC - + AGND BANDGAP REFERENCE SINGLE ENDED/DIFFERENTIAL SELECTION ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 POS. INPUT MUX + GAIN AMPLIFIER ADC MULTIPLEXER OUTPUT ADC2 - ADC ADC0 NEG. INPUT MUX 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 6

4 AVCC AGND AREF PF0 (ADC0) PF (ADC) PF2 (ADC2) PF3 (ADC3) PF4 (ADC4/TC PF5 (ADC5/TM PF6 (ADC6/TD PF7 (ADC7/TD GND VCC PA0 (AD0) PA (AD) PA2 (AD2) K) S) O) I) PEN 48 PA3 (AD3) (RXD0/PDI)PE PA4 (AD4) (TXD0/PDO) PE 3 46 PA5 (AD5) (XCK0/AIN0) PE PA6 (AD6) (OC3A/AIN) PE PA7 (AD7) (OC3B/INT4) PE PG2 (ALE) (OC3C/INT5) PE PC7 (A5) (T3/INT6) PE6 (IC3/INT7) PE7 8 9 ATmega PC6 (A4) PC5 (A3) (SS) PB PC4 (A2) (SCK) PB 38 PC3(A) (MOSI) PB PC2 (A0) (MISO) PB PC (A9) (OC0) PB PC0 (A8) (OCA) PB PG (RD) (OCB) PB PG0 (WR) ) PB7 TOSC2/ PG3 TOSC /PG4 ESET 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 7 (OC2/OCC R VCC GND XTAL2 X XTAL X ) PD0 (SCL/INT0 ) PD (SDA/INT ) PD2 (RXD/INT2 ) PD3 (TXD/INT3 ) PD4 (IC ) PD5 (XCK ) PD6 (T ) PD7 (T2 ATmega28 ADC 레지스터 ADCMUX (ADC Multiplexer Selection Register) ADC 기준전압(reference voltage) 선택 ADC 변환 값 정렬 방법 지정 ADC 입력채널 지정 ADCSRA (ADC Control and Status Register A) ADC 인에이블/디스에이블 ADC 변환 시작 ADC 동작모드 선택 ADC 인터럽트 플래그 ADC 인터럽트 인에이블/디스에이블 ADC 클럭 분주비 ADCL, ADCH (ADC Data Register) ADC 변환값 저장 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 8

5 ADCMUX () ADC Multiplexer Selection Register RFS, RFS0 (Reference Selection) ADC 기준전압(reference voltage) 선택 RFS RFS0 기준전압 0 0 AREF 단자전압 이용 0 AREF 단자전압을 이용하며, AREF 단자와 GND 사이를 콘덴서로 접속 0 - 내부 2.56V를 이용하며, AREF 단자와 GND 사이를 콘덴서로 접속 ADLAR (ADC Left Adjust Result) A/D 변환된 결과를 ADCH:ADCL에 저장하는 형식을 지정 0이면 하위부터 0비트를 사용, 이면 상위부터 0비트를 사용 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 9 MUX4~0 단극성 입력 + 차동 입력 - 차동 입력 이득 ADC ADC ADCMUX (2) 0000 ADC2 000 ADC ADC4 000 ADC5 단일 변환모드 000 ADC6 MUX4~0 00 ADC ADC0 ADC0 0x (Analog Channel and Gain 000 ADC ADC0 0x Selection Bits) 000 ADC0 ADC0 200x 00 ADC ADC0 200x A/D 변환기에 연결되는 아날로 000 ADC2 ADC2 0x 그 입력채널과 차동 입력 채널에 00 ADC3 ADC2 0x 대한 이득을 선택 00 ADC2 ADC2 200x 0 ADC3 ADC2 200x 0000 ADC0 ADC x 000 차동 ADC ADC x 000 ADC2 ADC x 00 입력 ADC3 ADC x 000 모드 ADC4 ADC x 00 ADC5 ADC x 00 ADC6 ADC x 0 ADC7 ADC x 000 ADC0 ADC2 x 00 ADC ADC2 x 00 ADC2 ADC2 x 0 ADC3 ADC2 x 00 ADC4 ADC2 x 0 ADC5 ADC2 x 0.23V 순천향대학교 컴퓨터학부 0V(GND) 이 상 정 0

6 ADCSRA () ADC Control and Status Register A ADEN (ADC Enable) 이면 A/D 변환기의 동작 인에이블, 0이면 동작 디스에이블 ADSC (ADC Start Conversion) 단일 변환 모드에서 이 비트를 로 하면 A/D 변환이 시작, 변환완료 시 0으로 리셋 프리 러닝(Free Running)모드에서 이 비트를 로 하면 첫 번째 A/D 변환 이 시작되고, 그 다음부터는 자동적으로 변환이 반복 ADFR (ADC Free Running Select) 이 비트를 로 하면 A/D 변환기는 프리 러닝 모드로 동작하며, 이 모드에 서A/D 변환기는반복적으로A/D 변환을수행 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 ADCSRA (2) ADIF (ADC Interrupt Flag) A/D 변환이 완료되면 세트 인터럽트 인에이블(ADIE=)이면 인터럽트 요청 플래그 ADIE (ADC Interrupt Enable) A/D 변환기 인터럽트 인에이블 비트 ADPS2~0 (ADC Prescaler Select Bits) A/D 변환기에 입력되는 시스템 클럭에 대한 분주비를 선택 ADPS2 ADPS ADPS0 분주비 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 2

7 ADCL, ADCH () ADC Data Register A/D 변환된 결과를 저장하는 레지스터로서 ADMUX 레지스터의 ADLAR 비트 값에 따라 다음과 같이 저장 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 3 ADCL, ADCH (2) 단일 변환모드 0 ~ 0x3FF (0~023) V IN : 입력 전압 IN V REF : 기준 전압 차동입력 모드 0x200~0xFF (-52~5) V POS : 양의 입력전압 V NEG : 음의 입력전압 GAIN: 이득 V REF : 기준 전압 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 4

8 ADC 프로그램 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 5 ADC 설정 예 () 단일 변환모드의 ADC0(PORTF.0) 0) 아날로그 입력 채널과AREF 단자의 기준전압을 사용하며 하위 0비트에 변환 결과가 저장되고, 시스템 클럭 의 28분주 클럭에 폴링으로 동작되는 A/D 변환기 설정 예 ADCMUX = 0 단일 변환모드의 ADC0(PORTF.0) 아날로그 입력 채널 MUX4 MUX3 MUX2 MUX MUX0 = 하위 0비트에 변환 결과가 저장 ADLAR = 0 AREF 단자의 기준전압 REFS REFS0 = 00 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 6

9 ADC 설정 예 (2) ADCSRA = 0x87 시스템 클럭의 28 분주 동작 ADPS2 ADPS ADPS0 = 폴링 방식 변환 (인터럽트 디스에이블) ADIE = 0 A/D 변환기 동작 인에이블 ADEN = 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 7 프로그램 예제 8- () ADC0(PORTF.0) 아날로그 입력 채널에 가변저항이 연결된 5V를 입력하 고, 가변저항이 변경해 가며 ADC 값과 전압 값을 LCD에 위와 같이 출력 하는 프로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 폴링으로 동작되는 A/D 변환기 가변저항 (potentiometer) TOCOS GF063 시리즈 : 0~2M Ohm t j / / t /t / l 핀 3과 핀 2를 연결: 가변저항의 최대 저항 값연결 VCC VCC *핀 3과 핀 을 연결, 핀 2는 접지 : 가변저항 동작 (시계 방향으로 돌릴수록 저항 증가) *핀2와 핀 을 연결해도 가변저항이 동작하며 (시계 반대 방향으로 돌릴수록 저항 증가) 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 8

10 프로그램 예제 8- (2) PORTF.0 (ADC0)에 가변저항 연결 GND 2 PORTF.0 3 <BOTTOM VIEW> 5V 가변저항을 브레드보드(bread board)에 연결 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 9 프로그램 예제 8- (3) ADC 설정 ADCMUX = 0 // 단일 변환모드의 ADC0 입력, AREF 기준전압 ADCSRA = 0x87 // 28분주, 폴링, ADC 인에이블 폴링 방법 A/D 변환 시작 ADCSRA = 0xC7 // 28분주, 폴링, ADC 인에이블, ADSC = A/D 변환 종료 되면 ADC 값 읽기 while ((ADCSRA & 0x0) == 0) ; // ADIF=(변환완료)일 때까지 기다림 ad_val = (int)adcl + ((int)adch << 8) ; // A/D 변환값 읽기 전압계산 V IN = (5*ADC) / 024 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 20

11 #include <mega28.h> #include <delay h> 프로그램 예제 8- (4) #include <delay.h> #include <stdlib.h> /// LCD 포트 #define LCD_RS PORTA.0 #define LCD_RW PORTA. #define LCD_E PORTA.2 #define LCD_DATA PORTC #include "lcd.c" void init(); void AD_disp(int val); void main() int ad_val; init(); //포트초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 lcd_init(); //LCD 초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 2 while () ADCSRA = 0xC7; // 28분주, 폴링, // ADC 인에이블, ADSC = while ((ADCSRA & 0x0) == 0); // ADIF=(변환완료)일 때까지 기다림 ad_val = (int)adcl+((int)adch << 8); // A/D 변환값 읽기 AD_disp(ad_val); // A/D 변환 값 표시 delay_ms(20); void init(void) // LCD 포트 출력 DDRA=0xff; DDRC=0xff; // ADC 초기화 DDRF = 0; // 포트 F 입력 ADMUX = 0; // 단일 변환모드의 ADC0 입력, // AREF 기준전압 ADCSRA = 0x87; // 28분주, 폴링, ADC 인에이블 프로그램 예제 8- (4) void AD_disp(int adcval) float voltage; char buf[0]; // output voltage voltage = (5*adcval)/024.; ftoa(voltage, 2, buf); // 소수점이하 2자리 문자열 lcd_command(0xc0); command(0xc0); // 2행 출력 lcd_strf("vol.="); lcd_str(buf); lcd_strf("v"); // output ADC converted value itoa(adcval, buf); lcd_command(0x80); // 행 출력 lcd_strf("adc="); lcd_str(buf); 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 22

12 실습과제 8- ADC3(PORTF.3) 3) 아날로그 입력 채널에 가변저항이 연결된 5V를입력하고, 가변저항이변경해가며ADC 값과전압값 을 LCD에 위와 같이 출력하면서, 전압의 범위가 홀수 볼트 범위(, 3, 5V)이면 모든 LED가 켜지는 프로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 폴링으로 동작되는 A/D 변환기 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 23 프로그램 예제 8-2 () ADC0(PORTF.0) 0) 아날로그 입력 채널에 가변저항이 연결된 5V를입력하고, 가변저항이변경해가며ADC 값과전압값 을LCD에출력하는프로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 인터럽트로 동작되는 A/D 변환기 ADC 설정 ADCMUX = 0 // 단일 변환모드의 ADC0 입력, AREF 기준전압 ADCSRA = 0x8f // 28분주, 인터럽트 인에이블, ADC 인에이블 인터럽트 루틴 interrupt t [ADC_INT] void adc_int(void) id) 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 24

13 #include <mega28.h> #include <delay h> 프로그램 예제 8-2 (2) #include <delay.h> #include <stdlib.h> /// LCD 포트 ADCSRA = 0xCF; // 28분주, 인터럽트 인에이블, #define LCD_RS PORTA.0 #define LCD_RW PORTA. // ADC 인에이블, ADSC = // 무한루프 #define LCD_E PORTA.2 while () ; #define LCD_DATA PORTC #include "lcd.c" void init(); void AD_disp(int val); void main() int ad_val; init(); //포트초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 lcd_init(); //LCD 초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 25 interrupt [ADC_INT] void adc_int(void) int ad_val; ad_val = (int)adcl + ((int)adch << 8); // A/D 변환값 읽기 AD_disp(ad_val); // A/D 변환 값 표시 delay_ms(20); ADCSRA = 0xCF; // 28분주, 인터럽트, // ADC 인에이블, ADSC = void init(void) // DDRA=0xff; DDRC=0xff; // ADC 초기화 DDRF = 0; // 포트 F 입력 ADMUX = 0; // 단일 변환모드의 ADC0 입력, // AREF 기준전압 ADCSRA = 0x8F; // 28분주, 인터럽트 인에이블, ADC 인에이블 SREG = 0x80; // 전역 인터럽트 인에이블 // LCD 포트 출력 프로그램 예제 8-2 (3) void AD_disp(int adcval) float voltage; char buf[0]; // output voltage voltage = (5*adcval)/024.; ftoa(voltage, 2, buf); // 소수점이하 2자리 문자열 lcd_command(0xc0); command(0xc0); // 2행 출력 lcd_strf("vol.="); lcd_str(buf); lcd_strf("v"); // output ADC converted value itoa(adcval, buf); lcd_command(0x80); command(0x80); // 행 출력 lcd_strf("adc="); lcd_str(buf); 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 26

14 실습과제 8-2 ADC2(PORTF.2) 2) 아날로그 입력 채널에 가변저항이 연결된 5V를입력하고, 가변저항이변경해가며ADC 값과전압값 을 LCD에 위와 같이 출력하면서, 전압이 3V 이상이면 모든 LED가 켜지는 프로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 인터럽트으로 동작되는 A/D 변환기 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 27 온도센서 프로그램 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 28

15 실습보드 온도센서 온도센서 LM35와 OP AMP(신호 증폭)가 온도를 전압으로 변환 변환된 전압의 출력은 터미널(OUT, GND)와 연결되어있음 출력 터미널 OUT을 ADC의 아날로그 입력채널에 연결하여 A/D 변환 LM35 온도센서 -55 C ~ +50 C 선형 0mV/ C 4V-20V 동작 온도변환식 T = ((50+55)/023)*ADC-55 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 29 프로그램 예제 8-3 () ADC0(PORTF.0) 0) 아날로그 입력 채널에 온도센서의 출력 (OUT)을 입력하여 ADC, 전압, 온도 값을 LCD에 출력하는 프 로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 폴링으로 동작되는 A/D 변환기 ADC 설정 ADCMUX = 0 // 단일 변환모드의 ADC0 입력, AREF 기준전압 ADCSRA = 0x87 // 28분주, 폴링, ADC 인에이블 폴링 방법 A/D 변환 시작 ADCSRA = 0xC7 // 28분주, 폴링, ADC 인에이블, ADSC = A/D 변환 종료 되면 ADC 값 읽기 while ((ADCSRA & 0x0) == 0) ; // ADIF=(변환완료)일때까지기다림 ad_val = (int)adcl + ((int)adch << 8) ; // A/D 변환값 읽기 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 30

16 #include <mega28.h> #include <delay h> 프로그램 예제 8-3 (2) #include <delay.h> #include <stdlib.h> /// LCD 포트 #define LCD_RS PORTA.0 #define LCD_RW PORTA. #define LCD_E PORTA.2 #define LCD_DATA PORTC #include "lcd.c" void init(); void AD_disp(int val); void main() int ad_val; init(); //포트초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 lcd_init(); //LCD 초기화 함수 호출 delay_ms(5); //LCD 초기화 후 시간지연 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 3 while () ADCSRA = 0xC7; // 28분주, 폴링, // ADC 인에이블, ADSC = while ((ADCSRA & 0x0) == 0); // ADIF=(변환완료)일 때까지 기다림 ad_val = (int)adc+((int)adch << 8); // A/D 변환값 읽기 AD_disp(ad_val); // A/D 변환 값 표시 delay_ms(20); void init(void) // LCD 포트 출력 DDRA=0xff; DDRC=0xff; // ADC 초기화 DDRF = 0; // 포트 F 입력 ADMUX = 0; // 단일 변환모드의 ADC0 입력, // AREF 기준전압 ADCSRA = 0x87; // 28분주, 폴링, ADC 인에이블 프로그램 예제 8-3 (3) void AD_disp(int adcval) float voltage, temp; char buf[0]; // output ADC converted value itoa(adcval, buf); lcd_command(0x80); // 행 출력 lcd_strf("adc="); lcd_str(buf); 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 32 // output voltage voltage = (5*adcval)/024.; ftoa(voltage, 2, buf); // 소수점이하 2자리 문자열 lcd_strf( strf(",v= V="); lcd_str(buf); lcd_strf("v"); // output temperature temp = ((50+55)/023.)*adcval-55; // 온도 변환 ftoa(temp, 2, buf); lcd_command(0xc0); // 2행 출력 lcd_strf("temp.= "); lcd_str(buf); lcd_strf(" C");

17 실습과제 8-3 ADC3(PORTF.3) 3) 아날로그 입력 채널에 온도센서를 입력하 고, 온도가 25 C 이상이면 LED를 깜빢거리면서 LCD에 Fire!!를 출력하는 프로그램 시스템 클럭의 28분주 클럭에 폴링으로 동작되는 A/D 변환기 순천향대학교 컴퓨터학부 이 상 정 33

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