Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:lab:lab4-2022 [2022/04/06 12:41]
alexandru.predescu [Moduri de functionare]
+++ pm:lab:lab4-2022 [2023/04/04 08:02] (current)
florin.stancu [5. Resurse]
@@ Line 1: / Line 1: @@
+/**
+ * uncomment this to publish the solution:
+ * ~~SHOWSOLUTION~~
+ */
+~~SHOWSOLUTION~~
 ====== Laborator 4: Analog Digital Convertor (ADC) ======
 Acest laborator are ca scop familiarizarea voastră cu lucrul cu convertorul analog-digital prezent în microcontroller-ul Atmega328p.
 ===== 1. Măsurarea semnalelor analogice =====
-Pentru a putea măsura semnalele analogice într-un sistem de calcul digital, acestea trebuie convertite în valori numerice discrete. Un convertor analog – digital (ADC) este un circuit electronic care convertește o tensiune analogică de la intrare într-o valoare digitală.
+Pentru a putea măsura semnalele analogice într-un sistem de calcul digital, acestea trebuie convertite în valori numerice discrete. Un convertor analog – digital (en. Analog to Digital Converter - ADC) este un circuit electronic care convertește o tensiune analogică de la intrare într-o valoare digitală.
 {{ pm:lab:semnalanalogic.png?600 | Semnal Analogic }}
-O caracteristică importantă a unui ADC o constituie **rezoluția** acestuia. Rezoluția indică numărul de valori discrete pe care convertorul poate să le furnizeze la ieșirea sa în intervalul de măsură. Deoarece rezultatele conversiei sunt stocate intern sub formă binară, rezoluția unui convertor analog-digital este exprimată în biți.
+O caracteristică importantă a unui ADC o constituie **rezoluția** acestuia. Rezoluția indică numărul de biți pe care convertorul poate să reprezinte rezultatul binar. le furnizeze la ieșirea sa în intervalul de măsură.
+**Cuanta de măsurare** - cea mai mică valoare care poate fi distinsă de ADC reprezintă raportul între domeniul tensiunii de intrare (diferența între tensiunea maximă și tensiunea minimă ce pot fi aplicate la intrarea în convertor) și numărul maxim de valori binare reprezentabile (2^N).
 {{ pm:lab:rezolutie.png?800 || Rezolutie ADC }}
-De exemplu, dacă rezoluția unui convertor este de 10 biți atunci el poate furniza 2^10 = 1024 valori diferite la ieșire. Dacă gama de măsurare este de la 0 la 5V, rezoluția de măsurare va fi: (5V-0V)/1024 = 0.0048V adică 4.8mV.
+De exemplu, dacă rezoluția unui convertor este de 10 biți atunci el poate furniza 2^10 = 1024 valori diferite la ieșire. Dacă gama de măsurare este de la 0 la 5V, cuanta de măsurare va fi: (5V-0V)/1024 = 0.0048V adică 4.8mV.
-O altă caracteristică importantă a unui convertor analog-digital o constituie rata de eșantionare. Aceasta depinde de timpul dintre două conversii succesive și afectează modul în care forma de undă originală va fi redată după procesarea digitală. Mai jos observam cum arată modul în care semnalul eșantionat va fi reconstituit în urma trecerii printr-un convertor digital – analog (DAC). După cum se poate observa, semnalul reprodus nu este identic cu cel original. Dacă rata de eșantionare ar crește semnalul reprodus aproximează din ce în ce mai bine originalul.
+O altă caracteristică importantă a unui convertor analog-digital o constituie rata de eșantionare (e.n. sampling rate). Aceasta depinde de timpul dintre două conversii succesive și afectează modul în care forma de undă originală va fi redată după procesarea digitală. Mai jos observăm cum arată modul în care semnalul eșantionat va fi reconstituit în urma trecerii printr-un convertor digital – analog (DAC). După cum se poate observa, semnalul reprodus nu este identic cu cel original. Dacă rata de eșantionare ar crește semnalul reprodus prin unirea punctelor/eșantioanelor digitale aproximează din ce în ce mai bine originalul.
 {{ pm:lab:frecventa.png?800 || Esantionare }}
-Care este însa rata minimă de eșantionare pentru a reproduce fără pierderi un semnal de o frecvența data? **Teorema lui Nyquist** spune că o rată de eșantionare de minim două ori mai mare decât frecvența semnalului măsurat este necesară pentru acest lucru, teorema aplicându-se și pentru un semnal compus dintr-un intreg spectru de frecvențe, cum ar fi vocea umană sau o melodie. Limitele maxime ale auzului uman sunt 20Hz – 20kHz dar frecvențele obișnuite pentru voce sunt în gama 20-4000Hz, de aceea centralele telefonice folosesc o rată de eșantionare a semnalului de 8000Hz. Rezultatul este o reproducere inteligibilă a vocii umane, suficientă pentru transmiterea de informații într-o convorbire obișnuită. Pentru reproducerea fidelă a spectrului audibil se recurge la rate mai mari de eșantionare. De exemplu, înregistrarea pe un CD are o rată de eșantionare de 44100Hz ceea ce este mai mult decât suficient pentru reproducerea fidelă a tuturor frecvențelor audibile.
+Care este însa rata minimă de eșantionare pentru a reproduce fără pierderi un semnal de o frecvența data? **Teorema lui Nyquist** spune că o rată de eșantionare de **minimum două ori mai mare decât frecvența semnalului măsurat** este necesară pentru acest lucru, teorema aplicându-se și pentru un semnal compus dintr-un intreg spectru de frecvențe, cum ar fi vocea umană sau o melodie. Limitele maxime ale auzului uman sunt 20Hz – 20kHz dar frecvențele obișnuite pentru voce sunt în gama 20-4000Hz, de aceea centralele telefonice folosesc o rată de eșantionare a semnalului de 8000Hz. Rezultatul este o reproducere inteligibilă a vocii umane, suficientă pentru transmiterea de informații într-o convorbire obișnuită. Pentru reproducerea fidelă a spectrului audibil se recurge la rate mai mari de eșantionare. De exemplu, înregistrarea pe un CD are o rată de eșantionare de 44100Hz ceea ce este mai mult decât suficient pentru reproducerea fidelă a tuturor frecvențelor audibile.
 In funcție de modul în care se execută conversia, convertoarele analog-digitale pot fi de mai multe tipuri:
@@ Line 101: / Line 108: @@
 ==== Registre ====
 === ADMUX - ADC Multiplexer Selection Register ===
-{{ pm:lab:ADMUX.png?800 | ADCMUX }}
+{{ pm:lab:ADMUX.png?600 | ADCMUX }}
   * Bit 7:6 - **REFS1:0: Reference Selection Bits** -> Selecteaza tensiunea de referinta
   * Bit 5 - **ADLAR ADC: Left Adjust Result** -> Modul de aliniere a celor 10 biti. (left-aligned sau right-aligned)
@@ Line 108: / Line 115: @@
 === ADCSRA – ADC Control and Status Register A ===
-{{ pm:lab:ADCSRA.png?800 || ADCSRA }}
+{{ pm:lab:ADCSRA.png?600 || ADCSRA }}
   * **Bit 7 – ADEN: ADC Enable** -> Porneste convertorul
   * **Bit 6 – ADSC: ADC Start Conversion** -> Folosit pentru a incepe o conversie
@@ Line 117: / Line 124: @@
 === ADCSRB – ADC Control and Status Register B ===
-{{ pm:lab:ADCSRB.png?800 | ADCSRB }}
+{{ pm:lab:ADCSRB.png?600 | ADCSRB }}
   * **Bit 2:0 – ADTS2:0: ADC Auto Trigger Source** -> Sursa de la care sa se genereze o noua conversie. Depinde de ADATE din ADCSRA
@@ Line 144: / Line 151: @@
 /* wait until conversion is complete */
 while (!(ADCSRA & (1 << ADIF)));
-uint32_t result = ADC;
+uint16_t result = ADC;
 </code>
@@ Line 154: / Line 161: @@
   val = analogRead(A0);  // read the input pin
   Serial.println(val);   // debug value
+  delay(100);
 }
 </code>
@@ Line 163: / Line 171: @@
 ===== 4. Exercitii =====
 **Task 0**  Folositi cod Arduino pentru a citi valoarea unui potentiometru si a unui senzor de temperatura si apoi trimiteti valorile pe seriala.
-    - Valoarea potentiometrului ar trebui transmisa catre consola ca un procent. Va trebui sa convertiti numarul citit de ADC la un procent intre 0% si 100%.
+    - Transmiteți către consolă, folosind seriala disponibilă, tensiunea (calculată pe microcontroller) de la ieșirea potențiometrului și valoarea returnată de ADC (0-1023).
-    - Valoarea citita pentru senzorul de temperatura trebuie sa fie exprimata in grade Celsius. Tensiunea de iesire a senzorului variaza liniar cu temperatura. Puteti sa faceti conversia experimental sau folosindu-va de datasheet ([[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/TMP35_36_37.pdf|Datasheet TMP36 ]]).
+    - Valoarea citită pentru senzorul de temperatură trebuie sa fie exprimată in grade Celsius. Tensiunea de iesire a senzorului variaza liniar cu temperatura. Puteti sa faceti conversia experimental sau folosindu-vă de datasheet ([[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/TMP35_36_37.pdf|Datasheet TMP36]] / [[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf|Datasheet LM35]]).
 {{ pm:lab:PB1.png?500 | PB1 }}
+<solution>
 <hidden>
 **Soluția** se găsește pe [[https://www.tinkercad.com/things/b2Yra0sAu2J-brilliant-lappi-habbi/editel?sharecode=LfeWdU6ojyT1VzyOCdjwU3ieYR6u4bV2-lEko5iVrTc|Tinkercad TMP36]]
 </hidden>
+</solution>
-**Task 1** Folosind cod specific de microcontroller, cititi valoarea potentiometrului doar atunci cand se apasa un buton.
+**Task 1** Folosind cod specific AVR, cititi valoarea potentiometrului doar atunci cand se apasa un buton.
 {{ pm:lab:PB2.png?500 | PB2 }}
+<solution>
 <hidden>
 **Soluția** se găsește pe [[https://www.tinkercad.com/things/b2Yra0sAu2J-brilliant-lappi-habbi/editel?sharecode=LfeWdU6ojyT1VzyOCdjwU3ieYR6u4bV2-lEko5iVrTc|Tinkercad Interrupt]]
@@ Line 203: / Line 216: @@
   EIMSK |= (1 << INT0);
 }
 void setup()
@@ Line 248: / Line 260: @@
 ISR(TIMER0_COMPA_vect){
-  // Even if this does nothing. It has to be here
+  // Even if this does nothing. It has to be here to reset the timer interrupt flag
-  // Else the code just doesn't work. Still don't know why.
-  // [AP] Deoarece ai activat intreruperea de compare match: TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);
-  // [AP] Astfel, daca nu e definit ISR-ul se va reseta uC
 }
@@ Line 259: / Line 268: @@
 }
 </code>
 </hidden>
+</solution>
-**Task 2** Folosind cod specific microcontrollerului cititi valoarea potentiometrului o data la 10ms. Pentru aceste exercitiu trebuie sa folositi ADC-ul sa porneasca o conversie automat in functie de un timer.
+**Task 2** Folosind cod specific AVR, cititi valoarea potentiometrului o data la 10ms. Pentru acest exercitiu trebuie sa folositi ADC-ul sa porneasca o conversie automat in functie de un timer.
+<solution>
 <hidden>
 **Soluția** se găsește pe [[https://www.tinkercad.com/things/grYhoajb3sd-exquisite-hango-waasa/editel?sharecode=gNPGmOuI6oZBx3bp-q-S7NlxWoz_wRwWZm9LJK4DHbI|Tinkercad Potentiometer]]
-<code>
+Codul este similar. Vezi Task 1.
-void timer_setup(){
-  // set timer A for 10ms
-  TCCR0A = 0;
-  TCCR0B = 0;
-  TCNT0  = 0;
-  OCR0A = 156; // compare match -> 10ms
+</hidden>
-  TCCR0A |= (1 << WGM01);  // CTC mode
+</solution>
-  TCCR0B |= ((1 << CS02) | (1 << CS00)); // 1024 prescaler
-  TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);
-  // Enable timer as source
-  ADCSRB |= ((1 << ADTS0) | (1 << ADTS1));
-}
-void setup()
-{
-  pinMode(2, INPUT_PULLUP);
-  // disable interrupts
-  cli();
-  ADMUX = 0;
-  /* AVCC with external capacitor at AREF pin */
-  ADMUX |= (1 << REFS0);
-  ADCSRA = 0;
-  /* set prescaler at 128 */
-  ADCSRA |= (7 << ADPS0);
-  // Enable auto-trigger
-  ADCSRA |= (1 << ADATE);
-  // Enable Intrerupt
-  ADCSRA |= (1 << ADIE);
-  // Select Timer as trigger source
-  timer_setup();
-  /* enable ADC */
-  ADCSRA |= (1 << ADEN);
-  // Enable interrupts
-  sei();
-  Serial.begin(9600);
-}
-ISR(ADC_vect){
-  Serial.println(ADC);
-}
-ISR(TIMER0_COMPA_vect){
-  // Even if this does nothing. It has to be here
-  // Else the code just doesn't work. Still don't know why.
-  // [AP] Deoarece ai activat intreruperea de compare match: TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);
-  // [AP] Astfel, daca nu e definit ISR-ul se va reseta uC
-}
-void loop()
-{
-  delay(50);
-}
-</code>
-</hidden>
 ===== 5. Resurse =====
@@ Line 335: / Line 288: @@
   * Arduino UNO pinout
 {{:pm:lab:uno.jpg?200|pinout Arduino UNO}}
-  * Responsabili: [[razvan.stanescu1903@stud.acs.upb.ro | Razvan Stanescu ]]
+  * Responsabili: [[florin.stancu@upb.ro | Florin Stancu ]]
+<solution>
+<hidden>Arhiva cu soluțiile o puteți descărca de aici: {{:pm:lab:lab4:lab4-solved.zip}}</hidden>
+</solution>
 ===== 6. Linkuri Utile =====
   * [[https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogread/|Arduino Analog Read]]
   * [[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/TMP35_36_37.pdf|Datasheet TMP36 ]]
+  * [[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf|Datasheet LM35]]
   * [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf|Datasheet ATmega328p]]
+  * [[https://www.tinkercad.com/things/cl7vDLkEZwF?sharecode=Ve7hoj8NLhZ_JSmV2jcoruc8lzp35D1E-pg1nTFhrgE|Tinkercad TMP36]]

Administrativ

Cursuri CA

Laborator

Proiecte

Resurse

Tutoriale

Cablaje

Galerie Foto

Tutoriale Galileo

pm/lab/lab4-2022.1649238104.txt.gz · Last modified: 2022/04/06 12:41 by alexandru.predescu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top