;преобразование 8-разрядного hex в неупакованный BCD
;вход hex= temp, выход BCD temp1-старший; temp — младший
;эта процедура работает только для исходного hex от 0 до 99
bin2bcd8:
clr temp1 ;clear result MSD
bBCD8_1: subi temp,10 ;input = input — 10
brcs bBCD8_2 ;abort if carry set
inc temp1 ;inc MSD
rjmp bBCD8_1 ;loop again
bBCD8_2:subi temp, — 10 ;compensate extra subtraction
ret
В листинге 15.4 приведено одно из решений обратной задачи — преобразования упакованного BCD (например, тех же значений часов, минут и секунд из RTC) в hex-число, после чего с ним можно производить арифметические действия. По сравнению с «фирменной» BCD2bin8 эта процедура хоть и немного длиннее, но понятнее и более предсказуема по времени выполнения («фирменная» может занимать от 3 до 48 тактов).
Листинг 15.4
;на входе в temp упакованное BCD-значение
;на выходе в temp hex-значение
;temp1 — вспомогательный регистр для промежуточного хранения temp
;действительна только для семейства Меgа
HEX_BCD:
mov temp1, temp
andi temp, 0b11110000 ; распаковываем — старший
swap temp ;старший в младшей тетраде
mul temp,mult10 ;умножаем на 10, в r0 результат умножения
mov temp,temp1 ;возвращаемся к исходному
andi temp,0b00001111 ;младший
add temp,r0 ;получили hex
ret
Более громоздкая задача — преобразование многоразрядных чисел. Преобразовывать BCD-числа, состоящие более чем из одного байта, обратно в НЕХ-формат приходится крайне редко, зато задача прямого преобразования возникает на каждом шагу. Я здесь приведу отсутствующую в «аппноте» 204 процедуру конвертации чисел, выходящих за рамки 16-разрядного диапазона. Например, такая задача может возникнуть при конструировании многоразрядных счетчиков. Ограничимся диапазоном в 7 десятичных знаков (9 999 999), тогда исходное число будет укладываться в 3 байта (24 разряда). В целях универсальности в процедуре, которая приводится далее в листинге 15.5, на выходе получается отдельно неупакованный (сразу для индикации) и упакованный десятичный формат. Сократить число необходимых регистров можно, если большую часть результатов сразу записывать в SRAM — в дальнейшем мы так и будем поступать, а здесь для наглядности работаем только с регистрами.
Отметим, что процедура bin2BCD24 сделана на основе «фирменной» bin2BCD16 и, как и последняя, использует хитрый прием с записью значений в регистры по адресам памяти: так можно производить над адресами разные манипуляции, меняя регистры (аналогично адресной арифметике в языке С). Как и в других случаях, сохранена часть оригинальных комментариев из исходной «фирменной» процедуры.
Листинг 15.5
;процедура преобразования 3-байтового hex в упакованный (4 регистра)
;и неупакованный (7 регистров) BCD
;исходное значение в регистрах
.def Count0 = r25
.def Count1 = r26
.def Count2 = r27
;на выходе упакованный BCD в регистрах
.def tBCD0 =r13 ;BCD value digits 1 and 0
.def tBCD1 =r14 ;BCD value digits 3 and 2
.def tBCD2 =r15 ;BCD value digit 4,5
.def tBCD3 =r16 ;BCD value digit 6
; на выходе неупакованный BCD в регистрах
.def N1 =r1 ;младший
.def N2 =r2
.def N3 =r3
.def N4 =r4
.def N5 =r5
.def N6 =r6
.def N7 =r7 ;старший
;вспомогательные регистры
.def cnt16a =r18 ;счетчик цикла
.def tmp16a =r19 ;временное значение
;адреса регистров в памяти
.equ AtBCD0 =13 ;address of tBCD0
.equ AtBCD3 =16 ;address of tBCD3
bin2BCD24:
ldi cnt16a,24 ;Init loop counter clr tBCD3
clr tBCD2 ;clear result (4 bytes)
clr tBCD1
clr tBCD0
clr ZH ;clear ZH (not needed for AT90Sxx0x)
bBCDx_1: lsl Count0 ;shift input value
rol Count1 ;through all bytes
rol Count2 ;through all bytes
rol tBCD0
rol tBCD1
rol tBCD2
rol tBCD3
dec cnt16a ;decrement loop counter
brne bBCDx_2 ;if counter not zero
;распаковка
ldi temp,0b00001111
mov N1,tBCD0
and N1,temp
mov N2,tBCD0
swap N2
and N2,temp
mov N3,tBCD1
and N3,temp
mov N4,tBCD1
swap N4
and N4,temp
mov N5,tBCD2
and N5,temp
mov N6,tBCD2
swap N6
and N6,temp
mov N7,tBCD3
ret; return
bBCDx_2:ldi r30;AtBCD3+1 ;Z points to result MSB + 1
bBCDx_3:
ld tmp16a, — Z ;get (Z) with pre-decrement
subi tmp16a, — $03 ;add 0x03
sbrc tmp16a,3 ;if bit 3 not clear
st Z,tmp16a ;store back
ld tmp16a,Z ;get (Z)
subi tmp16a, — $30 ;add 0x30
sbrc tmp16a,7 ;if bit 7 not clear
st Z,tmp16a ;store back
cpi ZL,AtBCD0 ;done all three?
brne bBCDx_3 ;loop again if not
rjmp bBCDx_1
Встроенный АЦП последовательного приближения входит в состав почти всех МК семейства Mega и большинства МК семейства Tuny, кроме простейших младших моделей. В семействе Classic был только один тип МК со встроенным АЦП — AT90S8535 — несколько доработанный вариант популярного AT90S8515. На примере его Mega-версии под названием ATmega8535 мы в дальнейшем и разберем работу встроенного АЦП, но сначала стоит сделать несколько общих замечаний.
Все встроенные АЦП многоканальные и 10-разрядные (за небольшим исключением — например, в ATmega8 из 6 каналов только четыре имеют разрешение 10 разрядов, а оставшиеся два — 8). Многоканальность означает, что имеется только одно ядро преобразователя, которое по желанию программиста может подключаться к одному из входов через аналоговый мультиплексор, наподобие разобранного в главе 8 561КП2. Если вы, как чаще всего и бывает, задействуете лишь часть входов, то остальные могут использоваться как обычные порты ввода/вывода. В разных моделях число каналов колеблется от 4 до 16, причем в некоторых из них выводы АЦП можно коммутировать попарно так, чтобы получить АЦП с дифференциальным входом (тогда измеряется разность напряжений между этими входами, а не абсолютное значение относительно «земли»). Добавим еще, что в некоторых моделях все или часть входов в дифференциальном режиме могут иметь добавочный коэффициент усиления (10, 20 или 200).
Все эти «примочки» дополнительно снижают и без того не слишком высокую точность АЦП, которая номинально составляет для несимметричного (недифференциального) входа ±2 LSB, плюс еще 0,5 LSB за счет нелинейности по всей шкале. Фактически такой АЦП с точки зрения абсолютной точности соответствует 8-разрядному. При соблюдении всех условий эту точность, впрочем, можно повысить, правда, условия довольно жесткие и включают в себя как «правильную» разводку выводов АЦП, так и, например, требование остановки цифровых узлов на время измерения, чтобы исключить наводки (специальный режим ADC Noise Reduction). В дифференциальном режиме есть свои специальные приемы повышения точности. В общем, как и всегда в таких случаях, для получения хорошего результата аналого-цифрового преобразования требуются определенные усилия и некоторый опыт.
Чтобы не углубляться в детали этого процесса и не загромождать программу, мы в дальнейшем поступим проще — предпримем ряд мер, чтобы обеспечить стабильность результата, а абсолютную ошибку скомпенсируем за счет калибровки, которая все равно потребуется. Для начала давайте посчитаем, какие, собственно, ошибки нас могут устроить. Максимально достижимая точность с помощью 10-разрядного преобразователя составляет 0,1 % (1/1024, или ±0,5 LSB) приведенной погрешности (т. е. погрешности от всей шкалы измерения). Для бытовых измерений это достаточно высокая величина, например, большинство портативных мультиметров имеют точность раз в пять хуже, обладая погрешностью порядка 0,5 %. АЦП в 10 разрядов может, например, обеспечить точность измерения температуры 0,1° для стоградусной шкалы (от -50 до +50°).
На самом деле нам такая точность не требуется — все равно термометр, подвешенный за окном или на стенке комнаты, никогда не покажет точную температуру, насколько бы он ни был точным сам по себе. На него будут влиять сквозняки, солнечные лучи, осветительные приборы, конвекция воздуха по нагретой стенке, тепловое излучение от оконных проемов — одним словом, все то, что определяет т. н. методическую погрешность. И для большинства бытовых измерений абсолютной точности в 8 разрядов (~0,4 %) хватает, как говорится, «выше крыши». Это относится не только к температуре, но и к подавляющему большинству других бытовых измерений. В большинстве случаев нам важно обеспечить не абсолютную точность, а, во-первых, стабильность показаний (чтобы в одинаковых условиях прибор показывал Одно и то же, и показания можно было бы сравнивать между собой), и, во-вторых, достаточную разрешающую способность, т. е. оптимальную цену деления прибора.
Заметки на полях