Микроконтроллер – это микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами, сочетающая на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств (в частности, АЦП), содержит оперативное и постоянное запоминающие устройства [1].
На данный момент почти все современные микроконтроллеры имеют встроенный многоканальный модуль АЦП. Многоканальность означает, что на входе модуля АЦП установлен мультиплексор. Сам АЦП представляет собой преобразователь последовательного приближения с устройством выборки-хранения и фиксированным числом тактов преобразования. Тактовая частота формируется аналогично тому, как это делается для таймеров. Разрешающая способность АЦП от 8 до 12 двоичных разрядов. Абсолютная погрешность не превышает ±2 младших разряда. АЦП может работать в двух режимах: одиночного и непрерывного преобразования [2].
В режиме одиночного преобразования каждое преобразование должно быть инициировано. Когда это сделано, результат помещается в пару регистров данных АЦП и новое преобразование не запускается. В режиме непрерывного преобразования преобразование запускается только один раз, а затем АЦП автоматически запускает следующее преобразование, как только завершится предыдущее. Особый режим дифференциального преобразования измеряет разницу напряжения между двумя сигналами. Это используется для измерения слабого сигнала с большим смещением [3].
Аналого-цифровое преобразование не является мгновенным, оно занимает некоторое время. Это время зависит от тактового сигнала, используемого АЦП. Время преобразования пропорционально частоте тактового сигнала АЦП.
Для исследования режимов работы АЦП на микроконтроллере нами было разработано устройство на базе встроенного периферийного аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера AVR Atmega128. Измеряемое напряжение и результаты вычислений отображаются на жидкокристаллическом дисплее. Микроконтроллер тактируется от внешнего кварцевого резонатора частотой 12 MHz. В качестве опорного напряжения выбран внутренний источник опорного напряжения. Также используется подстроечный резистор для регулировки номинального уровня напряжения. Для обеспечения работоспособности этого устройства разработана управляющая программа. Алгоритм программы учитывает делитель напряжения, вычисляет связующие коэффициенты. В подпрограмме обработчика прерываний от АЦП результат преобразования перемножается на соответствующий коэффициент и вычисляется величина напряжения, подаваемого на вход делителя. После настройки регистров АЦП и таймера глобально разрешаются прерывания, далее вычисляется средний показатель результата преобразования и данные выводятся на дисплей.