電子工作室

A/D変換モジュールの使い方

【A/D変換モジュール概要】

PIC18Fxxxxシリーズに内蔵のA/Dコンバータは、かなり機能強化されました。
最大１３チャンネルまたは１０チャンネルの、１０ビット分解能を持つA/D変換
モジュールとなっています。
また、従来ソフトウェア処理で待つ必要があったアクイジションタイムの時間を
ハードウェア処理してくれるようになりました。

【A/D変換モジュールの構成】

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、動作は下記の
順序で実行されます。

(1) あらかじめ動作モードを設定しておくと内部動作が決まる。
　　Vrefの指定、変換クロック速度の指定など。
(2) 選択されたいずれかのチャネルのスイッチがOnとなりA/Dコンバータに
　　接続される。　（ADCON0レジスタで指定）
(3) A/D変換が開始されると。A/D変換モジュールの内部で、サンプルホールド
　　コンデンサの充電が開始されるまでの一定時間、つまりアクイジションタイム
　　を待ったあと、自動的に実際のA/D変換動作を開始します。
(4) 変換結果は、２バイトのレジスタに書き込まれている。
　　（ADRESL,ADRESHレジスタ）

【A/D変換制御用レジスタ】

A/D変換モジュールを制御するためのレジスタには下記のように、従来のADCON0と
ADCON1の２種類に加え、ADCON2が追加されました。
これで、チャネル数増への対応と、アクイジションタイムの時間設定ができるように
なりました。

ADCON0レジスタでは、下図のようにチャネルの選択とA/D変換開始制御を
行います。

ADCON1レジスタでは、各ピンをアナログとするかディジタルとするかの設定
を行います。また、１ピン毎に独立で指定できるようになりましたので、
1チャネル毎に増減ができるようになり、分かり易くなりました。
またリファレンスも独立で指定できるようになりましたので使いやすくなりました。

ポートの使い方の設定は下表のようになります。

注(１）
チャネルは、CH0-CH4まではポートAなので、アナログ指定だけで使えるように
なりますが、CH8-CH12まではポートBに新設されたもので、このポートBをアナログ
入力用に使うためには、コンフィギュレーションの設定で、CONFIG3HのPBADEN
ビットを１に設定する必要があります。
このコンフィギュレーションを設定しないと0000と指定しても0111と同じことになって
しまいます。

注(1)
　CH5-CH7は４０ピンのPICにしかありません。

【A/D変換の使い方】

実際にA/D変換モジュールを使うときの手順は下記のようにします。

(1) アナログピンの設定
　　ADCON1でアナログ入力にするピンとリファレンスを設定
　　ADCON0,2でアクイジションタイム、変換クロック、A/D使用を設定
(2) チャネル指定
　　ADCON0で入力するチャネルを指定
(3) 割込みの許可設定
　　割込みを使う場合だけ設定します。
(4) A/D変換開始指示
　　ADCON0のGOビットを１に設定してスタートさせます。
(5) 変換後データ読込み
　　GOビットが０になるのを待つか、割込みにより終了を確認してから
　　ADRESHとADRESLのデータを入力します。

《Special Event Triggerの時》
　CCPモジュールのSpecial Event TriggerでもA/D変換をスタートさせること
　ができます。この場合には、下記の条件が必要です。

　・A/D変換モジュールは使用になっていること。（ADON＝１）
　・指定チャネルが選択済みのこと。
　・適当なアクイジションタイムが設定されていること。

【A/D変換の精度や実行時間】

A/D変換モジュールの電気的条件と精度は下記のようになっています。

《電気的条件》

項　目条　件備　考

アナログ入力源の
出力インピーダンス 2.5kΩ以下高くなると精度悪化する

リファレンス電圧源
の出力インピーダンス 250Ω以下高いと精度悪化する

(Vref+)　-　(Vref-) ３V以上この条件からはずれると
１０ビット精度が悪化する

Vref+ Vss＋3.0V以上

Vref- Vdd-3V以下

アクイジションタイム最小12.86μsec 25℃　Typ値

《A/Dクロックの設定》
　A/D変換モジュールを動かすためには、A/D用クロックの設定が必要ですが、
　このA/Dクロックは最小約1.6μsec以上が必要なため、システムクロックとの
　関係は、下表のようになり、これが最速のA/D変換時間となります。

　　★PIC18Fxx20の場合

クロック周波数 ADCS2:0設定 ACQT2:0設定合計変換時間

1.25MHz 000　 2Tosc 下記のいずれか
111　20Tad=32.0μsec
110　16Tad=25.6μsec
101　12Tad=19.2μsec
100　 8Tad=12.8μsec
これ以下は使えない。
(8+11)Tad～
　　(20+11)Tad
つまり
30.4μsec～
　　49.6μsec

2.50MHz 100　 4Tosc

5.00MHｚ 001　 8Tosc

10.0MHz 101　16Tosc

20.0MHz 010　32Tosc

40.0MHz 110　64Tosc

1.00MHz（RC発振） x11　4μsec　 4Tad以上であれば可能 60μsec～

【A/D変換用C言語関数】

CCS社のPCHコンパイラで用意されている、A/D変換用の組込み関数は下表
となっています。

組込み関数と書式機能内容　と　パラメータ

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 0
　ADC_CLOCK_DIV_2、　　ADC_CLOCK_DIV_4
　ADC_CLOCK_DIV_8、　　ADC_CLOCK_DIV_16
　ADC_CLOCK_DIV_32、　 ADC_CLOCK_DIV_64
　ADC_CLOCK_INTERNAL

《例》
　　setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
　　setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32);

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。
(1) ポートの設定
　NO_ANALOGS、　　ALL_ANALOG
　ANALOG_AN0_TO_AN13、　　ANALOG_AN0_TO_AN12
　ANALOG_AN0_TO_AN11、　　ANALOG_AN0_TO_AN10
　ANALOG_AN0_TO_AN9、　　ANALOG_AN0_TO_AN8
　ANALOG_AN0_TO_AN7、　　 ANALOG_AN0_TO_AN6
　ANALOG_AN0_TO_AN5、　　ANALOG_AN0_TO_AN4
　ANALOG_AN0_TO_AN3、　　ANALOG_AN0_TO_AN2
　ANALOG_AN0_TO_AN1、　　ANALOG_AN0
(2) Vref設定用
　VSS_VDD、　　VREF_VREF
　VREF_VDD、　　VSS_VREF

《例》
　　setup_adc_ports(ANALOG_AN0_TO_AN4　|　VSS_VDD);
　　setup_adc_ports(ALL_ANALOG | VREF_VREF);

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。
chanは 0-12　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ビットは、#device ADC=８または10で指定した
内容による。
《例》
　value = read_adc();

【A/D変換のプログラム例】

実際の使用例です。１秒周期でAN0に接続された温度センサーのデータを入力して
０－６４℃のスケール変換をしたあと、液晶表示器に表示します。

まず初期設定の部分で、ここでA/D変換モジュールの動作を指定しています。

次がメインの部分でA/D変換をスタートさせ、データを取得してから
右に４ビットシフトして１／１６にすることでスケール変換しています。
結果を２桁の１０進数に変換して液晶表示器に表示しています。
それぞれのサブルーチンは省略しています。

　　　　★　上記のソースファイルです。
　　　　　　　メインと液晶表示器制御ライブラリが一緒になっています。

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項　目	条　件	備　考
アナログ入力源の出力インピーダンス	2.5kΩ以下	高くなると精度悪化する
リファレンス電圧源の出力インピーダンス	250Ω以下	高いと精度悪化する
(Vref+)　-　(Vref-)	３V以上	この条件からはずれると１０ビット精度が悪化する
Vref+	Vss＋3.0V以上
Vref-	Vdd-3V以下
アクイジションタイム	最小12.86μsec	25℃　Typ値

クロック周波数	ADCS2:0設定	ACQT2:0設定	合計変換時間
1.25MHz	000　 2Tosc	下記のいずれか 111　20Tad=32.0μsec 110　16Tad=25.6μsec 101　12Tad=19.2μsec 100　 8Tad=12.8μsec これ以下は使えない。	(8+11)Tad～　　(20+11)Tad つまり 30.4μsec～　　49.6μsec
2.50MHz	100　 4Tosc
5.00MHｚ	001　 8Tosc
10.0MHz	101　16Tosc
20.0MHz	010　32Tosc
40.0MHz	110　64Tosc
1.00MHz（RC発振）	x11　4μsec	4Tad以上であれば可能	60μsec～

組込み関数と書式	機能内容　と　パラメータ
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 0 　ADC_CLOCK_DIV_2、　　ADC_CLOCK_DIV_4 　ADC_CLOCK_DIV_8、　　ADC_CLOCK_DIV_16 　ADC_CLOCK_DIV_32、　 ADC_CLOCK_DIV_64 　ADC_CLOCK_INTERNAL 《例》　　setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); 　　setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32);
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。 (1) ポートの設定　NO_ANALOGS、　　ALL_ANALOG 　ANALOG_AN0_TO_AN13、　　ANALOG_AN0_TO_AN12 　ANALOG_AN0_TO_AN11、　　ANALOG_AN0_TO_AN10 　ANALOG_AN0_TO_AN9、　　ANALOG_AN0_TO_AN8 　ANALOG_AN0_TO_AN7、　　 ANALOG_AN0_TO_AN6 　ANALOG_AN0_TO_AN5、　　ANALOG_AN0_TO_AN4 　ANALOG_AN0_TO_AN3、　　ANALOG_AN0_TO_AN2 　ANALOG_AN0_TO_AN1、　　ANALOG_AN0 (2) Vref設定用　VSS_VDD、　　VREF_VREF 　VREF_VDD、　　VSS_VREF 《例》　　setup_adc_ports(ANALOG_AN0_TO_AN4　\|　VSS_VDD); 　　setup_adc_ports(ALL_ANALOG \| VREF_VREF);
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。 chanは 0-12　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ビットは、#device ADC=８または10で指定した内容による。《例》　value = read_adc();