A/D変換の使い方

　(2002/8/8)

【A/D変換の使い方】

PIC16F87xシリーズのA/D変換モジュールの内部構成は下図のように
なっていて、右側の入力ピンのいずれか一つが選択されると、
チャネルスイッチの１つがOnとなりサンプルホールドコンデンサに
接続され充電が開始されます。
　コンデンサへの充電を待った後、A/D Converterの動作を開始させると
実際に変換を実行し結果がレジスタに保存されます。
　また変換動作の基準値を決めるために正負のVref電圧を加えることも
出来ます。このVrefを使わないときには、Vref電圧は0Vと電源電圧(5V)
になります。
さらに、このVrefは2.5V以上でないと１０ビット精度は保証されません
ので注意が必要です。

【A/D変換に必要な変換時間】

PICでは、A/D変換をするために、まずアナログ信号を一旦内部のコンデンサ
に蓄えます。その後、参照となる一定の電圧を加算して比較しながら計測する
という原理であるため、A/D変換を正確に行うためには、蓄積するまでの時間
と計測する時間の両方を確保することが必要になります。
従来のPICの場合と比較して、この時間がどれぐらいかというと

蓄積時間＋計測時間＝
　（従来８ビット）
　　　　１２μsec＋1.6μsec×9.5　＝最小２８μsec
　（今回10ビット）
　　　　２０μsec＋1.6μsec×12　＝最小３９μsec
となります。（クロック20MHzの時）

【レジスタの詳細内容】

A/D変換制御用には３種類のレジスタがありますが、詳細内容と設定内容
は下図の様になっています。
PIC16F87xの種類によってチャンネル数が異なりますが、下図はPIC16F877
の例です。




A/D変換クロック(Tad）の設定方法は下表とします。

設定	ADCS1,0	PICのクロック周波数
		20MHz	10MHz	4MHZ	1MHz
Fosc/2	00				2.0
Fosc/8	01			2.0	8.0
Fosc/32	10	1.6	3.2	8.0
Frc	11	2〜 6

　上表のようにクロック周波数により可能な設定は黄色の設定
　のみとなります。他の設定にした場合には、精度が保証されません。
　なぜならA/D用クロックとしては1.6μsec以上必要な為です。




ここでは特にADFMビットの使い方がこれまで無かったものになり、下図の
ような指定になります。



アナログ入力ポートの使い方の設定は下表のようになります

PCFG3−0	RE2	RE1	RE0	RA5	RA3	RA2	RA1	RA0
0000	A	A	A	A	A	A	A	A
0001	A	A	A	A	Vref+	A	A	A
0010	D	D	D	A	A	A	A	A
0011	D	D	D	A	Vref+	A	A	A
0100	D	D	D	D	A	D	A	A
0101	D	D	D	D	Vref+	D	A	A
011x	D	D	D	D	D	D	D	D
1000	A	A	A	A	Vref+	Vref-	A	A
1001	D	D	A	A	A	A	A	A
1010	D	D	A	A	Vref+	A	A	A
1011	D	D	A	A	Vref+	Vref-	A	A
1100	D	D	D	A	Vref+	Vref-	A	A
1101	D	D	D	D	Vref+	Vref-	A	A
1110	D	D	D	D	D	D	D	A
1111	D	D	D	D	Vref+	Vref-	D	A

　Aはアナログ入力　Dはディジタル入出力　Vref+　Vref-は基準電圧入力
　基準電圧入力の指定が無いときは、電源電圧が基準となる。

【Cコンパイラの組み込み関数】

CCS C Compiler では、A/D変換についても組込み関数が用意されており、
これを使うことで簡単にA/D変換機能を使うことができます。
しかし、A/D変換機能については、PICの種類毎に内容が異なるため、
詳しくはPICのマニュアル、標準インクルードファイルで確認することが必要です。


《A/D変換用組み込み関数》

関数	機能内容
setup_adc(mode)	A/D変換のon/offとクロックの指定 modeには下記がある。 ADC_OFF　（A/Dをoffにすると消費電流が削減できる） ADC_CLOCK_DIV_2（CLOCKの1/2） ADC_CLOCK_DIV_8（CLOCKの1/8） ADC_CLOCK_DIV_32（CLOCKの1/32） ADC_CLOCK_INTERNAL（内部RCのクロック） 《例》setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); 　　　setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32); A/D変換用クロックの設定方法 　10MHz以上の時には1/32を指定
setup_adc_ports(value)	A/D変換用の各ピン毎にアナログかディジタルかの 使い方の設定をする。 valueには下記がある。 　　（RExがあるのはPIC16F874/877に限定される。) 0x80　ALL_ANALOG 0x81　ANALOG_RA3_REF 0x82　A_ANALOG 0x83　A_ANALOG_RA3_REF 0x84　RA0_RA1_RA3_ANALOG 0x85　RA0_RA1_ANALOG_RA3_REF 0X86 NO_ANALOGS 0x88　ANALOG_RA3_RA2_REF 0x89　ANALOG_NOT_RE1_RE2 0x8A　ANALOG_NOT_RE1_RE2_REF_RA3 0x8B　ANALOG_NOT_RE1_RE2_REF_RA3_RA2 0X8C A_ANALOG_RA3_RA2_REF 0X8D RA0_RA1_ANALOG_RA3_RA2_REF 0X8E RA0_ANALOG 0X8F RA0_ANALOG_RA3_RA2_REF 《例》setup_adc_ports(RA0_RA1_RA3_ANALOG); 　　　setup_adc_ports(ALL_ANALOG); A/D変換用ピンの使い方
set_adc_channel(chan)	読み込むアナログのチャンネル番号（ピン指定）を指定する。 このチャンネル指定後、A/Dクロック×１０＋15　μsec以上 待ってから読み込むこと。 chanは 0-7　まであるがPICのデバイスにより異なるので注意 《例》set_adc_channel(1);
i=read_adc()	直前で指定されたチャンネルからアナログデータを読み込む。８ビットか１０ビットかは、#device ADC=８または10で 指定した内容による。 value = read_adc();

【プログラム例】

実際の例で、PIC16F876を使った計測表示で、２チャンネルのアナログ入力を
計測して液晶表示器に表示する例です。
一つは電圧計測、もう一つは温度計測となっています。

下記リストがこの例題のリストです。　電圧計測はフルスケールが０．５Vの
１０ビット分解能で、少数点以下３桁を表示します。
温度表示は、０℃から５０℃のスケールとして０．１℃の分解能で表示しています。
いずれも計測した１０ビットのデータを浮動小数点数として扱ってスケール変換の
演算をしています。