Использование встроенного аналого-цифрового преобразователя Arduino

Для обработки аналогового сигнала можно использовать, например, аналоговый вывод A0:

int analogPin = 0;

Ввод значения напряжения на этом выводе реализуется так:

val = analogRead(analogPin);

Перевод считанного значения в уровень напряжения реализуется так:

volts = val * vref / 1024.0;

В качестве делителя в некоторых источниках рекомендуется и 1023.
Но в даташите на ATMega328P указано именно число 1024:
АЦП ATMega328
В вышеуказанном выражении vref - опорное напряжение (voltage reference).
В режиме по умолчанию (DEFAULT) опорное напряжение равно напряжению питания (5 В для моей платы Arduino).
В режиме INTERNAL используется внутренний источник опорного напряжения (1,1 В для моей платы Arduino).
В режиме EXTERNAL на вывод AREF подается внешнее опорное напряжение (от 0 до 5 В), причем входное сопротивление составляет 32 кОм. В этом случае удобно использовать внешний источник опорного напряжения - например, LM4040, LM385Z, REF-4096.

Источник REF-4096 основан на чипе MCP1541 и имеет три вывода:
REF-4096
Он преобразует напряжение около 5 В (4,3 ... 5,5 В) в стабильное напряжение 4,096 В (4,055 ... 4,137 В) (макс. выходной ток 2 мА):
подключение REF-4096

Схема включения диода LM4040 следующая:
LM4040

Диоды LM4040 обеспечивает различные значения напряжения:
LM4040-N-2.0 - 2,0 В;
LM4040-N-2.5 - 2,5 В;
LM4040-N-3.0 - 3,0 В;
LM4040-N-4.1 - 4,1 В;
LM4040-N-5.0 - 5,0 В.
Диод LM4040 обеспечивает стабильное опорное напряжение при токах 60 мкА ... 15 мА.

Также можно использовать опорный диод из серии LMx85, например, LM385Z-1.2 на напряжение 1,235 В с погрешностью 2 %, работающий при токах 10 мкА ... 20 мА.
Схема включения такого диода аналогична схеме включения LM4040, при этом рекомендуемое значение сопротивления резистора R для входного напряжения 9 В - 510 кОм, 1,5 В - 3 кОм.
Символ "Z" в обозначении диода означает тип корпуса TO-92:
LM385
Внутренняя схема такого опорного источника весьма сложна:
LM385Z

Для переключения режима опорного напряжения используется команда:

analogReference(режим);

Следует отметить, что в используемой схеме напряжение на катушке при включенном MOSFET будет отрицательным, что отобразится нулевым значением в результатах измерений АЦП Arduino.

Для успешного детектирования сигнала необходимо ускорить аналого-цифровое преобразование, изменив множитель (prescaler) путем управления битами ADPSx в регистре ADCSRA:

ADPS2 ADPS1 ADPS0 Множитель
0 0 0 2
0 0 1 2
0 1 0 4
0 1 1 8
1 0 0 16
1 0 1 32
1 1 0 64
1 1 1 128

Этот множитель показывает, во сколько раз тактовая частота АЦП меньше системной тактовой частоты (16 МГц).

Установка множителя, равного 64 (частота дискретизации около 19 кГц) -

cbi(ADCSRA, ADPS2);
sbi(ADCSRA, ADPS1);
sbi(ADCSRA, ADPS0);

Установка множителя, равного 32 (частота дискретизации около 38 кГц) -

sbi(ADCSRA, ADPS2);
cbi(ADCSRA, ADPS1);
sbi(ADCSRA, ADPS0);

Установка множителя, равного 16 (частота дискретизации около 76 кГц) -

sbi(ADCSRA,ADPS2) ;
cbi(ADCSRA,ADPS1) ;
cbi(ADCSRA,ADPS0) ;

В этом случае тактовая частота АЦП равна 1 МГц. С учетом того, что преобразование занимает 13 тактов, оно будет длиться 13 мкс (частота 1000/13 = 76,92 мкс). Но это в идеальном случае! Тесты показали, что без изменения множителя (128 по умолчанию) одно аналого-цифровое преобразование (analogRead) в цикле занимает ~ 112 мкс, а с измененным множителем (16) - ~ 17 мкс.

Яндекс.Метрика