ADC - Dokładność vs podłączanie

Autor: Dondu

Większość mikrokontrolerów posiada przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC - Analog to Digital Converter). Ich dokładność i szybkość wystarcza do większości zastosowań w urządzeniach sterujących.

Jednakże dokładność nie zależy tylko i wyłącznie od samego ADC, ale także od sposobu jego podłączenia.

Pokażę to na przykładzie mikrokontrolerów Atmel AVR, ale zasady te są takie same lub podobne we wszystkich mikrokontrolerach dowolnych producentów. Informacje zawarte w tym temacie (jak i większości artykułów tego bloga), to swego rodzaju przykazania, których łamanie doprowadziło już do rozpaczy nie jednego początkującego :-)

To długi, ale w sumie prosty temat, 

który warto poznać bardzo dokładnie.

Zanim jednak przejdziemy do meritum artykułu, powinieneś poznać bardzo istotne informacje.

---

Wstęp I - Parametry ADC.

ATmega8 - Parametry ADC 

Zerknijmy na tabelkę parametrów ADC. Znajdziesz tam wiele mniej lub bardziej istotnych (z punktu widzenia Twojego projektu) parametrów. Część z nich jest obarczonych pewnym błędem produkcyjnym mikrokontrolera i ma zakresy, w których może się mieścić. Trzeba to brać pod uwagę, by móc ADC prawidłowo wykorzystać.





W tym artykule interesują nas jednak tylko niektóre parametry elektryczne.

AVCC
To pierwszy najważniejszy parametr mówiący o napięciu zasilania części analogowej mikrokontrolera.

Jak widać AVcc, jest powiązane z Vcc (napięcie zasilania części cyfrowej mikrokontrolera) i może się różnić o ±0,3V. Jednakże pod tabelką jest dodatkowe zastrzeżenie, że AVcc nie może być mniejsze niż 2,7V, i większe niż 5,5V i to także musisz brać pod uwagę.


VREF
Istotnym ograniczeniem dla napięcia referencyjnego (odniesienia) Vref jest fakt, iż napięcie to nie może przekroczyć wartości napięcia AVcc. Zwróć uwagę, że występuje także dolna granica i jest ona określona wartością 2V.

Innymi słowy nie masz pełnej dowolności w zakresie ustalenia napięcia referencyjnego!



VINT
Wewnętrzne źródło napięcia referencyjnego (2,56V), także w zależności od partii, czy konkretnego mikrokontrolera może się znacznie różnić od 2,56V:

Jak widzisz przedział jest bardzo duży. Można by wręcz posądzić Atmela o żart, że źródło nazwano 2,56 , a nie 2,6V , ale pod tabelką pisze nota nr 1: Values are guidelines only czyli wartości w tabelce są tylko wytycznymi - cokolwiek to oznacza :-)


VIN
No i wreszcie Vin, czyli napięcia, które mogą być podawane na piny pomiarowe (kanały) ADC:

Tu sprawa jest prosta i bezdyskusyjna. Napięcia mierzone mogą być z zakresu od masy (GND) do napięcia odniesienia (Vref).

Co się stanie jeżeli przekroczysz wartość maksymalną, czyli podasz Vin > Vref?
Datasheet informuje, że odczytasz wartości oscylujące wokół maksymalnej czyli 0x3FF:

---

Wstęp II - Konflikty napięć referencyjnych

To druga istotna sprawa, którą powinieneś poznać, zanim przejdziesz do dalszej części artykułu.

Większość mikrokontrolerów ma możliwość programowego wyboru źródeł napięć odniesienia. Problem pojawia się, gdy Twój projekt zakłada podłączenie jakiegoś zewnętrznego źródła napięcia referencyjnego.


Dlaczego?
Popatrzmy na dokumentację przetwornika ADC mikrokontrolera ATmega8, a konkretnie część dotyczącą modułu przełączania napięcia referencyjnego:

Rys. 1 - Przełącznik napięcia odniesienia przetwornika ADC

Zobaczmy jak działa moduł przełącznika napięcia referencyjnego:

Tabelka 74 - Sterowanie przełącznikiem napięcia referencyjnego

Po włączeniu zasilania lub resecie mikrokontrolera bity REF1 i REF0 są domyślnie wyzerowane, więc wewnętrzne źródło 2,56V jest wyłączone, a źródłem napięcia referencyjnego jest zewnętrzne napięcie podawane na pin AREF (pierwszy wiersz tabelki 74).

Ten tryb wykorzystać można do podłączenia zewnętrznego źródła napięcia odniesienia bezpośrednio do pinu AREF. Pozwala to na wykorzystanie bardzo stabilnych źródeł na osobnych układach scalonych lub innych zastosowań, które projektantowi przyjdą do głowy. Napięciem odniesienia może być także napięcie zasilające część analogową mikrokontrolera, czyli AVcc np. 5V (schemat Z).


Gdzie ten konflikt?
Pojawia się on wtedy gdy Twój projekt zawiera połączenie pinu AREF do jakiegoś źródła napięcia referencyjnego np. z specjalnego układu scalonego źródła, dzielnika rezystorowego, ... czy po prostu do AVcc. W takim przypadku gdy programista świadomie lub nie, wybierze któreś wewnętrzne źródło nastąpi konflikt napięć:

Rys. 2 - Przykład konfliktu źródeł napięcia referencyjnego.

Dlatego też projektanci mikrokontrolerów, by uniknąć konfliktu zaraz po włączeniu zasilania lub resecie, projektują mikrokontrolery tak, by napięcie odniesienia było ustawione na zewnętrzne - sprytni są, albo po prostu znają nas (elektroników) i wiedzą, że głupoto odporność to podstawa :-)

Co się stanie gdy do konfliktu doprowadzę?
Na szczęście zwykle wewnętrzne źródła napięcia odniesienia mają wysoką impedancję (dla uproszczenia rezystancję), przez co zwarcie takiego napięcia z innym źródłem o wyższym lub niższym napięciu, lub zwarcie do masy, lub nawet do Vcc, nie powoduje uszkodzenia mikrokontrolera.

Jednakże nie możesz liczyć na to, że tak nieprawidłowo przygotowany do pracy mikrokontroler, będzie dokonywał pomiarów ADC z możliwie największą dokładnością.

Innymi słowy, zwracaj uwagę gdy piszesz program, by nie doprowadzać do konfliktu.

---

Wstęp III - Pinologia

Rozkład nóżek mikrokontrolera (tzw. pinologia) ma bardzo istotne znaczenie dla tematu ADC.

Producenci mikrokontrolerów rozmieszczają piny części analogowej w zwarty sposób (obok siebie) niezależnie z jaką obudową mikrokontrolera masz do czynienia. Mogą być małe różnice, ale zasada trzymania ich "w kupie" jest zachowana :-)

Wynika to z wielu powodów opisanych w niniejszym artykule. Zobaczy więc przykłady:

Atmega 8 - Obudowy DIP i TQFP

Jak widzisz niezależnie od tego jaką wersję obudowy wybierzesz, piny dot. części analogowej mikrokontrolera są zgrupowane.

Zauważ jednak, że o ile jest jawnie zadeklarowany pin zasilający część analogową, który nazywa się AVcc, o tyle nie ma jawnie zadeklarowanej nazwy masy analogowej. W takiej sytuacji powinieneś przyjąć, że masą analogową jest pin GND, najbliższy pinowi AVcc, tym bardziej, gdy jest on pomiędzy pinami części analogowej, jak w przypadku wyżej pokazanego mikrokontrolera.

Przy okazji zwróć uwagę także na to, że dla tego samego  mikrokontrolera odbudowa DIP ma 6 kanałów ADC, a obudowa TQFP ma ich 8.


A jak to jest w mikrokontrolerach innych producentów?

Na przykład firma Microchip oznacza swoje piny bardzo jednoznacznie, by projektant nie miał żadnych wątpliwości, które piny zasilają część analogową, a które cyfrową:

Rys. 3

Czasami nawet producent ma problemy z rozmieszczeniem "w kupie" wszystkich pinów analogowych, bo na przykład (patrz rysunek powyżej) mikrokontroler zawiera 16 kanałów ADC, a nawet 24 (w 80-ciu nóżkowej wersji tego mikrokontrolera).

Dla bardziej skomplikowanych układów ADC są także wejścia napięcia referencyjnego ujemne. Wtedy z reguły mamy doczynienia z dwoma wejściami Ref+ i Ref- (zaznaczone na rysunku kolorem zielonym).

---

ADC - Dokładność vs podłączanie

teraz już możemy przejść do meritum tematu

Co jest istotne?

1. Sposób podłączenia zasilania mikrokontrolera oraz pinu (lub pinów) napięcia odniesienia (referencyjnego).
2. Sposób wykorzystania sąsiednich pinów.
3. Projekt płytki drukowanej (tzw. PCB).
4. Wykorzystanie trybu redukowania zakłóceń w czasie pomiaru.

Który z powyższych punktów jest najbardziej istotny?
Każdy bez wyjątku! Na końcowy rezultat dokładności wyniku, w mniejszym lub większym stopniu wpływa każdy z powyższych punktów. Zlekceważenie jednego z nich może skutkować, bardzo "pływającymi" wynikami pomiarów.

1. Podłączenie zasilania mikrokontrolera.

Początkujący (i nie tylko) nie doceniają prawidłowych zasad podłączenia zasilania mikrokontrolera. Jakie są więc owe prawidłowe zasady?

Najważniejsza z nich to filtrowanie zakłóceń, następnie filtrowanie zakłóceń i na koniec pozostaje już tyko filtrowanie zakłóceń :-)

Bateria i akumulator także?
Nieustanne filtrowanie nawet wtedy gdy mikrokontroler jest zasilany z baterii lub akumulatora - rzuć okiem na wykresy tutaj: Bateria zasila mikrokontroler

Kondensatory - jakie?

W dalszej części artykułu będę pisał o używaniu kondensatorów do filtrowania napięć. Kondensatory te nie mogą być dobrane przypadkowo, bo i wynik ich pracy będzie "przypadkowy" :-)

Do filtrowania zakłóceń powinieneś stosować kondensatory ceramiczne, a dla większych pojemności mogą być tantalowe. Wystrzegać się należy "zwykłych" elektrolitycznych. W ostateczności mogą być elektrolityczne, ale tzw. Low ESR, czyli o niskiej impedancji.





1.1 Filtrowanie zasilania części cyfrowej.

O filtrowaniu zasilania mikrokontrolerów piszemy na blogu wielokrotnie. To bardzo istotny element wpływający także wprost na pracę ADC. Dlatego zawsze stosuj kondensatory filtrujące osobno dla każdego pinu zasilającego: Zasilanie mikrokontrolera

W celu zwiększenia dokładności w większych mikrokontrolerach stosuje się rozdzielenie zasilania części analogowej od cyfrowej. Ma to na celu wyeliminowanie przenoszenia się zakłóceń generowanych przez mikrokontroler z części cyfrowej na analogową:

ZAPAMIĘTAJ:
Mikrokontroler sam sobie generuje zakłócenia (część cyfrowa), które przenoszą się na jego własny przetwornik ADC zakłócając wyniki pomiarów.

Schemat A - Prawidłowe filtrowanie zasilania mikrokontrolera

Nawet wtedy gdy nie wykorzystujesz ADC musisz zadbać o podłączenie i filtrowanie zasilania na pinie AVCC zasilającym część analogową mikrokontrolera. To wymóg producenta (firmy Atmel), który szerzej opisałem w artykule:  Minimalne podłączanie pinów

Zasada ta dotyczy także pozostałych pinów zasilających: Zasilanie mikrokontrolera



1.2 Filtrowanie zasilania części analogowej.
Jeżeli Twój mikrokontroler posiada osobne piny zasilające część analogową oraz piny źródła napięcia odniesienia (referencyjnego), to masz kilka możliwości rozwiązania  problemu ich podłączenia.



1.2.1 Gdy nie wykorzystujesz ADC
Gdy nie wykorzystujesz ADC możesz pozostawić pin AREF wolny i wybrać programowo źródło zewnętrzne AVCC lub wewnętrzne źródło 2,56V zgodnie z tabelą 74, którą znajdziesz w dalszej części artykułu.

Powinieneś to zrobić dlatego, że pin nigdy nie powinien być pozostawiony bez wymuszenia na nim jakiegoś stanu (sprzętowo lub programowo), gdyż będzie "antenką" zbierającą zakłócenia, co może wpływać na nieprawidłową pracę całego mikrokontrolera: Zakłócenia w pracy mikrokontrolerów

Twój schemat może więc wyglądać tak:

Schemat B - ADC nie wykorzystywany

"Na upartego" można i taką wersję podłączenia (bez kondensatora na AREF) wykorzystywać do pomiarów przetwornikiem ADC, ale trudno wtedy liczyć na dokładność, przy pomiarach w 10-cio bitowej rozdzielczości. Jeżeli jednak satysfakcjonuje Ciebie dokładność osiągana za pomocą rozdzielczości 5-6 bitów, to ten schemat powinien wystarczyć.

Z drugiej strony, dodanie jednego kondensatora nie zrujnuje Twojej kieszeni, więc zrób to i wykorzystaj schematy zamieszczone poniżej.



1.2.2 ADC - wersja najprostsza
Jeżeli źródłem napięcia referencyjnego nie jest zewnętrzne źródło podłączone do AREF, dobrą metodą zwiększenia dokładności ADC, jest podpięcie do pinu AREF kondensatora filtrującego:

To bardzo istotny sposób poprawiający stabilność napięcia referencyjnego. Schemat Twój może więc wyglądać tak:

Schemat C - Wersja najprostsza

Ta wersja zapewnia już całkiem przyzwoitą dokładność pomiarów.



1.2.3 ADC - wersja dość dobra
Zdecydowanie najlepszą wersją podłączenia mikrokontrolera, dającą najbardziej stabilne i dokładne wyniki (bez zastosowania zewnętrznego scalonego źródła napięcia referencyjnego) jest wersja, w której do filtrowania napięcia zasilania części analogowej (AVCC), użyty zostaje filtr LC (dławik i kondensator). Kondensator na AREF nadal jest zalecany:

Schemat D - wersja dość dobra

1.2.4 ADC - wersja THE BEST!
Gdy zależy Ci na najdokładniejszym z możliwych pomiarów za pomocą ADC Twojego mikrokontrolera, powinieneś zastosować dobre zewnętrzne źródło napięcia odniesienia.

Tanim i przyzwoitym źródłem jest np. MCP1525 za około 3zł (cena. 2011r.). Źródło to charakteryzuje się bardzo dobrym stosunkiem ceny do jakości oraz małą obudową. Producent rekomenduje jego wykorzystanie z przetwornikami ADC o rozdzielczości od 8 do 12 bitów.

Schemat połączenia wygląda tak:

Schemat E - wersja najlepsza

Dokumentacja: MCP1525 datasheet

Zwróć uwagę na wartość kondensatora C6, który w tym przypadku jest znacznie większy i z godnie z zaleceniami producenta MCP1525 powinien zawierać się w przedziale 1µF-10µF. Producent zwraca uwagę także na odległość tego kondensatora (C6) od wyjścia Vout, która powinna być nie większa niż 5mm,




1.2.5 ADC - Wersja NIEZALECANA
Czasami spotykamy się z podłączaniem AREF bezpośrednio do zasilania mikrokontrolera lub do AVCC. Takie podłączenie stosują początkujący, którzy chcą jako napięcie odniesienia mieć pełne napięcie zasilania mikrokontrolera np. 5V. Robią wtedy tak:

Schemat Z - Wersja niezalecana

Takie podłączenie nie daje stabilnych pomiarów, a ich dokładność jest podobna do tej osiąganej za pomocą schematu B.

UWAGA!!!
Wbrew często spotykanym opiniom jest to prawidłowy sposób podłączenia mikrokontrolera, lecz nie zalecany w mikrokontrolerach AVR. 

Sugerujemy inne rozwiązanie!
Jeżeli chcesz mieć napięcie odniesienia o wartości napięcia zasilania mikrokontrolera, to wykorzystaj schematy C lub D oraz ustaw programowo przełącznik z tabelki 74 na AVcc (wiersz 2), czyli REFS1=0, a REFS0=1. W ten sposób bez zbędnego ryzyka osiągasz swój cel w postaci napięcia odniesienia równego napięciu zasilania mikrokontrolera.

1.2.6 Przetworniki 12-bitowe
Ponieważ przetwornik 12 bitowy jest 4 razy dokładniejszy od 10 bitowego, stąd jeszcze bardziej trzeba zadbać o filtrowanie zasilania części analogowej jak i całego mikrokontrolera. Dlatego producenci zalecają dodatkowe filtry LC, na głównym zasilaniu mikrokontrolera:

Przykład dla Xmega

Nic nie stoi na przeszkodzie, byś taki schemat stosował zawsze.

DJpopak;)
Pobawiłem się i jest teraz ok ... Wywaliłem nieszczęsnego kondensatora 10uF i zrobiłem jak dondu radził na swojej stronie. Czyli dałem dwa kondensatory 100nF i dławik plus podciągniecie zasilania. Rezystor do resetu mam, od razu to zrobiłem :-)
Jeszcze raz dzięki. Pozdrawiam

---

2. Sposób wykorzystania sąsiednich pinów.

Jeżeli zależy Ci na bardzo dokładnych pomiarach, powinieneś wziąć pod uwagę, co dzieje się na sąsiednich pinach wejść ADC mikrokontrolera. Innymi słowy nie jest obojętne dla ADC, sposób wykorzystania sąsiednich pinów.

O co chodzi?

Konkretnie o dwa problemy:

1. problem przełączania sąsiednich pinów w czasie pomiaru przez ADC,
2. problem indukowania się sygnałów szybkozmiennych.

2.1 Przełączanie pinów
Ponieważ poszczególne piny portów mogą być dowolnie konfigurowane w zakresie dostępnych dla nich funkcji, jest możliwa sytuacja, gdzie piny jednego portu np. PortC, w którym występują  kanały wejściowe ADC, będą używane w części jako kanały ADC, a w części jako na przykład wyjścia do sterowania tranzystorami.

W takiej sytuacji powinieneś sprawdzić, czy producent nie wprowadza jakiegoś ograniczenia.

Na przykład dla Atmega8 jest takie:

ATmega8

Dla ATmega8 mamy więc następujące zasady:

• Jeżeli piny ADC0-ADC3 są ustawione jako wyjścia sygnałów cyfrowych jest ważne, aby ich nie przełączać w czasie, gdy ADC dokonuje pomiaru. 
• Jeżeli używasz piny ADC4-ADC5 jako interfejs TWI (I²C) wpływają one (zakłócają) na pomiary kanałów ADC4-ADC5, ale nie zakłócają pomiarów na pozostałych kanałach ADC.

2.2 Indukowanie sygnałów szybkozmiennych

Ten problem dotyczy zjawiska indukcji, która występuje powszechnie i także na płytkach PCB oraz nóżkach scalaków i wewnątrz nich.

Chodzi o tzw. EMI (ang. Electromagnetic Interference), czyli zakłócenia elektromagnetyczne. Zjawisko to w tym przypadku jest bardzo negatywne:

Szybkozmienny sygnał dostarczany do mikrokontrolera (np. jakiś mierzony sygnał) lub sygnał generowany przez mikrokontroler, np. sygnał PWM, który jest podłączony do pinu sąsiadującego z pinem analogowym (w szczególności któregoś z wejść kanału ADC) powoduje jego zakłócanie poprzez zjawisko indukcji.

Ten problem powiązany jest z punktem nr 3 niniejszego artykułu.

Co może indukować?
Wszystkie sygnały o zmiennej częstotliwości, np. PWM, zegar, kwarc, skanowanie klawiatury, multipleksowanie wyświetlacza, itp.

Rozwiązanie jest proste
Na sąsiednich (do ADC) pinach nie planuj generowania wychodzących lub nie podłączaj żadnych wchodzących przebiegów szybkozmiennych. Jeżeli już musisz, to staraj się im przydzielać takie funkcje, które na czas pomiaru przez ADC nie będą generować na tych pinach przebiegów szybkozmiennych.

Czyli na przykład piny wykorzystaj do podłączenia diod LED, które rzadko zmieniają stan świecenia. A jeżeli musisz podłączyć do tych pinów np. klawiaturę to wstrzymuj jej skanowanie na czas dokonywania pomiaru przez ADC.

Po prostu kombinuj! :-)

---

3. Projekt płytki PCB.

Rys. 4

Projekt płytki PCB, ma kolosalny wpływ na dokładność pomiarów za pomocą ADC. Jest to poniekąd związane z punktem 2, a konkretnie z indukowaniem się sygnałów szybkozmiennych (zakłóceń EMI) na ścieżkach.

Dlatego bardzo istotne jest (gdy zależy Ci na dokładności), aby część analogowa była bardzo dobrze zaprojektowana:

• wydziel na PCB obszar dla części analogowej,
• część analogowa na warstwie górnej, a pod nią obszar ekranujący podłączony do masy analogowej mikrokontrolera,
• masa analogowa powinna być połączona z masą cyfrową tylko w jednym miejscu, 
• ścieżki części analogowej powinny być najkrótsze jak tylko się da.
• przez obszar części analogowej nie powinny przechodzić żadne inne ścieżki, a w szczególności z szybkozmiennymi sygnałami cyfrowymi.

W "kupie" siła!
Producenci mikrokontrolerów ułatwiają Ci to zadanie, rozmieszczając piny części analogowej w zwarty sposób (obok siebie) niezależnie z jaką obudową mikrokontrolera masz do czynienia. Mogą być małe różnice, ale zasada trzymania ich "w kupie" jest zachowana :-)

Jeżeli zastosujesz się do powyższych zasad projektowania PCB, to ZNACZĄCO zmniejszysz wpływ zakłóceń zewnętrznych oraz zakłóceń z części cyfrowej mikrokontrolera, na wyniki pomiarów ADC.

---

4. Tryb redukcji zakłóceń.
Skoro część cyfrowa mikrokontrolera generuje zakłócenia wpływające na pomiary ADC, to może wyłączyć część cyfrową na czas pomiaru?

Ależ oczywiście! Na takie rozwiązanie zdecydowali się niektórzy inżynierowie projektujący mikrokontrolery:

Rys. 5 - ATmega8 - ADC Noise Canceler

Na przykład w ATmega8 jest specjalny tryb zarządzania pracą mikrokontrolera (tryb snu) ADC Noise Reduction mode, ale producent pozwala użyć do tego także trybu Idle mode.

Jak to działa?
Poprzez wybranie odpowiednich ustawień, doprowadzasz do uśpienia mikrokontrolera, który kładąc się spać, informuje ADC, by rozpoczął pomiar. ADC posłusznie zaczyna mierzyć, by po zakończeniu pomiaru zbudzić mikrokontroler poprzez przerwanie (procedura podana na rys. 5).

W mikrokontrolerach innych rodzin lub producentów zasady wykorzystania trybów snu do redukcji zakłóceń pochodzących z części cyfrowej mikrokontrolera mogą się różnić znacznie, ale sens tego działania jest taki sam - zmniejszyć ilość zakłóceń generowanych przez część cyfrową.

Dokładny opis zasad działania trybu redukcji zakłóceń w mikrokontrolerach Atmel AVR znajdziesz w rozdziale 15 książki TMF-a

---

5. Nieużywane piny

Rys Tak powstają "antenki"

Przypadek kolegi kamil1cos7 uświadomił mi, że warto powielić w tym temacie informacje, które wcześniej opisałem w artykule: Zakłócenia w pracy mikrokontrolerów

kamil1cos7
@dondu
Dzięki za tą stronkę, znalazłem tam rozwiązanie mojego problemu... Wystarczyło ustawić nieużywane piny jako wyjścia i np jedynkę na nie wpisać... Pozdrawiam

kamil1cos7 nie mógł sobie poradzić z niestabilnymi pomiarami ADC, ale znalazł na blogu artykuł, którego link podałem wyżej. W artykule tym dowiedział się, że niepodłączonych pinów mikrokontrolera, nie należy pozostawiać samopas. Co konkretnie można zrobić sprawdź klikając link.

To oczywiście nie zastąpi prawidłowego podłączania ADC opisanego w niniejszym arytykule, ale jest następnym krokiem do zwiększenia dokładności pomiaru, poprzez wyeliminowanie zakłóceń pochodzących z niepodłączonych i nieużywanych pinów mikrokontrolera.

Brawo kamil1cos7 !!!
:-)

---

Bez przesady!

Wszystko co przeczytałeś powyżej, miało na celu umożliwić Ci uzyskanie najdokładniejszych  z możliwych pomiarów za pomocą ADC.

Jednak czasami nie warto się trudzić i "z armaty do wróbli strzelać". Innymi słowy nie zawsze musisz mierzyć daną wielkość z 10-cio bitową rozdzielczością.


Przykład:
Bardzo często zdarza się, że projektant chce mierzyć napięcie baterii zasilającej jego projekt, by odpowiednio zareagować, gdy napięcie spada poniżej określonego progu. Informacja taka jest bardzo istotna. Czy jednak wymaga stosowania 10-cio bitowej rozdzielczości pomiaru? Zobaczmy:

Projektant ustalił sobie warunki pracy:
- napięcie naładowanej baterii: 4,8V
- napięcie progu sygnalizacji słabej baterii: 3,5V
- napięcie wyłączenia układu: 3,3V

Gdyby stosował 10-cio bitową rozdzielczość, na jeden bit rozdzielczości przydałoby napięcie o wartości:

Czy aż tak duża dokładność (5mV) jest potrzebna?
Absolutnie nie. Ponieważ spadki napięcia baterii w trakcie pracy układu będą pulsowały znacząco wraz z chwilową ilością pobieranej z niej energii. Innymi słowy mierzenie baterii z tak dużą dokładnością, jest absolutnie zbędne.


A gdyby skorzystać tylko z 6 bitów?
Policzmy czy pomiar będzie miał zadowalającą dokładność:

Moim zdaniem pomiar z dokładnością 75mV (0,075V) jest jak najbardziej wystarczający do celu pomiaru stanu baterii. Tym bardziej, że nie będziesz decydował o stanie baterii za pomocą jednego pomiaru, ale ciągu następujących po sobie pomiarów, które mają pokazać, że bateria faktycznie zeszła poniżej określonego progu, a nie był to tylko chwilowy skok.


A może 7 bitów?
Jeżeli jednak 6 bitów nie wystarczy, to możemy  zwiększyć rozdzielczość do 7 bitów:

Podsumowanie
Jak widzisz powyżej nie zawsze trzeba trudzić się z zapewnieniem przetwornikowi ADC idealnych warunków pracy. Ale na pewno zawsze warto:

Zanim zaczniesz projektować swój układ, pomyśl co jest ważne i potrzebne,
a co można odpuścić, by układ uprościć.

---

Zapoznaj się także z:

• Praktyczne przykłady wykorzystania ADC możesz znaleźć w Drzaśkowym Pamiętniku.
• Zasilanie mikrokontrolera
• Minimalne podłączanie pinów