１０ビットA/Dコンバータの使い方

　dsPIC30Fモータ制御用シリーズに内蔵されている１０ビットA/Dコンバータの使い方について
　説明しています。

【内部構成】

１０ビットA/Dコンバータの内部構成は下図のようになっています。




このモジュールの特徴は、A/D変換器そのものは１個なのですが、その前にある
サンプルホールドアンプが４個あるということです。
このサンプルホールドアンプにはコンデンサが内蔵されていて、外部からのアナログ
信号を短時間ですが一定時間保つことができます。

従って、同時に４つのアナログ入力をサンプリングして保持しておき、その後順番に
A/D変換して結果をバッファメモリに保存します。このとき、４回のA/D変換は自動的に
ハードウェアで高速実行され、バッファメモリへの格納も順番に４つの別のエリアに格納
されます。この４回のA/D変換が終了したとき、割り込みを発生させ、プログラムで
結果をバッファメモリから読み出すことになります。
こうして、全く時間的に同時のタイミングで最大４個のアナログ信号をA/D変換することが
可能となります。

ただし、チャネル０のサンプルホールドアンプの入力は、最大１６個のどれでも選択
可能ですが、チャネル１，２，３のサンプルホールドアンプの入力は、それぞれ２種類
ずつに限定されていますので、接続の仕方を最初から考えておく必要があります。

さらに、チャネル０のサンプルホールドアンプは、特別に自動スキャン機能があり、
最大１６個のアナログ入力を自動的に順番にA/D変換し、結果をバッファメモリに順番
に格納してから１回の割り込みを発生させることができます。
プログラムは割り込みごとにバッファメモリの１６個のデータを一気に読み取ります。
これで、多くのアナログ信号の入力を高速で行うことが可能になります。

４つのサンプルホールドアンプの入力については、プラス側とマイナス側の差動入力を
それぞれ選択指定することができるようになっていて、２つのアナログ信号の差分を
A/D変換することもできます。
さらに、この切替マルチプレクサをMUXAとMUXBと２つ持っていて、交互に切り替え
ながら入力することができます。この切り替えは４チャネル全体が一括で切り替えら
れます。

【関連SFR】

上記のように１０ビットA/Dコンバータは多様な動作モードを持っているため、設定制御用
のSFRもやや複雑な構成となっていて、下記の６個のSFRとなっています。

(1) ADCON1
　　A/Dコンバータのイネーブルと変換結果のデータフォーマット指定、サンプリング方法
　　などの設定を行います。
　　個別のアナログ入力を行う場合に、SAMPビットの制御でサンプリングの開始と変換の
　　開始を制御します。




(2) ADCON2
　　リファレンス電圧指定、使用チャネル指定、バッファの使い方、割り込みタイミング、
　　チャネル０のスキャン機能などの設定を行います。




(3) ADCON3
　　アクイジションタイムとA/Dコンバータのクロック設定を行います。




　ここでA/Dコンバータの時間設定の仕方を説明します。まず、A/D変換用のクロックはTadで
表現します。　Tadは　最小値が　１６７nsec　となっています。そしてA/D変換完了には
１２Tadが必要です。従って最小変換時間は　167×12=2μsec　つまり500kspsとなります。
システムクロックを選択した場合、例えばPLLで100MHzクロックでdsPICを動作させた場合、
Tcy=25MHz(40nsec)ということになりますから、ADCS<5:0>は8Tcy以上に設定する必要が
あります。

　サンプリングのためのアクイジションタイムは、最短で、０．５５μsec　となっていますので、
サンプリング開始後、この時間以上待ってからA/D変換をスタートさせる必要があります。

(4) ADCHS
　　サンプルホールドアンプのMUXA、MUXBそれぞれの入力切替設定を行います。
　　この設定は全体が一括で切り替わります。




(5) ADPCFG
　　１６個のピンをディジタルで使うかアナログ入力にするかの設定を行います。
　　この設定は単純でアナログ入力にするピンに対応するビットを0にするだけです。




(6) ADCSSL
　　チャネル０の自動スキャンに含める入力を指定します。この設定は単純で、含める
　　入力に相当するビットを１にするだけです。





(7)割り込み
SFRについては、以上の他に割り込みについては他と同じように３つのレジスタで設定
します。

【C言語での使い方】

マイクロチップ社のC30コンパイラでの使い方です。
C30コンパイラのPeripheral Librariesで用意されている10bit A/D Converterの
組み込み関数は下表のようになっています。
下記関数を使うためには、「adc10.h」をインクルードする必要があります。
またプロジェクトにデバイス用のライブラリファイル、例えば「libp30f4012.a」
というライブラリファイルをLIBに追加する必要があります。

関数名	書　　式	機　　能
OpenADC10()	void　OpenADC10( 　unsigned int config1, 　unsigned int config2,   unsigned int config3,   unsigned int configport,   unsigned int configscan);	10ビットA/Dコンバータの動作モードを設定する config1にはADCON1用のパラメータを含む 個々のパラメータを＆で接続して使う (1)ADCモジュールのOn/Off 　　ADC_MODULE_ON　　ADC_MODULE_OFF (2)Idle Mode の動作 　　ADC_IDLE_CONTINUE 　　ADC_IDLE_STOP (3)変換結果のデータ形式 　　ADC_FORMAT_SIGN_FRACT 　　ADC_FORMAT_FRACT 　　ADC_FORMAT_SIGN_INT 　　ADC_FORMAT_INTG (4)変換開始トリガ指定 　　ADC_CLK_AUTO　　ADC_CLK_MPWM 　　ADC_CLK_TMR　　 ADC_CLK_INT0 　　ADC_CLK_MANUAL (5)自動サンプル指定 　　ADC_AUTO_SAMPLING_ON 　　ADC_AUTO_SAMPLING_OFF (6)同時サンプル指定 　　ADC_SAMPLE_SIMULTANEOUS 　　ADC_SAMPLE_INDIVIDUAL (7)サンプル開始制御 　　ADC_SAMP_ON 　　ADC_SAMP_OFF config2にはADCON2用のパラメータを含む (1)リファレンス指定 　　ADC_VREF_AVDD_AVSS 　　ADC_VREF_EXT_AVSS 　　ADC_VREF_AVDD_EXT 　　ADC_VREF_EXT_EXT (2)CH0のスキャン指定 　　ADC_SCAN_ON 　　ADC_SCAN_OFF (3)使用チャネル指定（説明書と異なる） 　　ADC_CONVERT_CH_0ABC 　　ADC_CONVERT_CH_0A 　　ADC_CONVERT_CH0 (4)割り込みタイミング 　　ADC_SAMPLES_PER_INT_1 　　ADC_SAMPLES_PER_INT_2 　　　　--- 　　ADC_SAMPLES_PER_INT_15 　　ADC_SAMPLES_PER_INT_16 (5)バッファモード指定 　　ADC_ALT_BUF_ON 　　ADC_ALT_BUF_OFF (6)交互変換指定 　　ADC_ALT_INPUT_ON 　　ADC_ALT_INPUT_OFF config3にはADCON3用のパラメータを含む (1)自動サンプル時間指定 　　ADC_SAMPLE_TIME_0 　　ADC_SAMPLE_TIME_1 　　　　　----- 　　ADC_SAMPLE_TIME_30 　　ADC_SAMPLE_TIME_31 (2)変換用クロック選択 　　ADC_CONV_CLK_INTERNAL_RC 　　ADC_CONV_CLK_SYSTEM (3)変換クロック選択 　　ADC_CLOCK_TCY2 　　ADC_CLOCK_TCY 　　ADC_CLOCK_3TCY2 　　　　--- 　　ADC_CLOCK_32TCY configportにはADPCFG用のパラメータを設定 　　ENABLE_ALL_ANA 　　ENABLE_ALL_DIG 　　ENABLE_AN0_ANA 　　ENABLE_AN1_ANA　　 　　ENABLE_AN15_ANA configscanにはADCSSL用のパラメータを含む 　　SCAN_NONE 　　SCAN_ALL 　　SKIP_SCAN_AN0 　　SKIP_SCAN_AN1 　　　　----- 　　SKIP_SCAN_AN15
CloseADC10()	void CloseADC10(void);	ADコンバータを停止させ割り込みも禁止する
ConfigIntADC10()	void　ConfigIntADC10( 　unsigned int config);	10ビットA/Dコンバータの割り込みの条件を設定する configには下記の２種を指定する (1)割り込み許可・禁止 　　ADC_INT_ENABLE 　　ADC_INT_DISABLE (2)割り込みレベル 　　ADC_INT_PRI_m 　　　（mは0〜7のいずれか） 《例》 　ConfigIntADC10(ADC_INT_ENABLE & 　　　　　　　　　　　　ADC_INT_PRI_5);
SetChanADC10	void SetChanADC10( 　unsigned int channel);	サンプルホールドアンプの差動入力をA、Bマルチプレクサごとに指定する channelには下記パラメータを含む (1)CH1,2,3のMUXAの−側指定 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEA_AN9AN10AN11 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEA_AN6AN7AN8 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEA_NVREF (2)CH1,2,3のMUXBの−側指定 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEB_AN9AN10AN11 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEB_AN6AN7AN8 　　ADC_CHX_NEG_SAMPLEB_NVREF (3)CH1,2,3のMUXAの＋側指定 　　ADC_CHX_POS_SAMPLEA_AN3AN4AN5 　　ADC_CHX_POS_SAMPLEA_AN0AN1AN2 (4)CH1,2,3のMUXBの＋側指定 　　ADC_CHX_POS_SAMPLEB_AN3AN4AN5 　　ADC_CHX_POS_SAMPLEB_AN0AN1AN2 (5)CH0のMUXAの＋側指定 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEA_AN0 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEA_AN1 　　　　----- 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEA_AN15 (6)CH0のMUXAの−側指定 　　ADC_CH0_NEG_SAMPLEA_AN1 　　ADC_CH0_NEG_SAMPLEA_NVREF (7)CH0のMUXBの＋側指定 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEB_AN0 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEB_AN1 　　　　----- 　　ADC_CH0_POS_SAMPLEB_AN15 (8)CH0のMUXBの−側指定 　　ADC_CH0_NEG_SAMPLEB_AN1 　　ADC_CH0_NEG_SAMPLEB_NVREF 《例》 　SetChanADC10(ADC_CH0_POS_SAMPLEA_AN0 　 & ADC_CH0_NEG_SAMPLEA_NVREF);
ConvertADC10()	void ConvertADC10(void);	A/DコンバータのサンプリングをホールドしてA/D変換を開始させる 《例》 　ConvertADC10();
ReadADC10()	unsigned int ReadADC10( 　unsigned char bufIndex);	A/D変換結果をバッファメモリから読み出す bufIndexはバッファのアドレス0〜15の値 《例》 　unsigned int result; 　result = ReadADC10(3);

【使用例】

　実際にdsPIC30F4012を使って、AN0とAN1の２入力のアナログ信号を、約1秒周期で
同時サンプリングして、UART経由PCに送信するプログラムは下記のようになります。

まず、パラメータの設定部です。ここでUARTとA/Dコンバータのパラメータを定義しています。
パラメータ数が多いので長い行になってしまいますので、適当なところで改行します。




次が実際のプログラム部で、ループタイマ関数とメイン関数とで構成されています。




これを実際に実行させたときの、パソコン側のハイパーターミナル画面例です。

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