Перейти к содержанию

AREF и AVCC

У ATmega328P два аналоговых вывода, которые часто путают: AVCC питает АЦП и часть порта C, а AREF — это опорное напряжение, по которому АЦП считает. Ошибка с любым из них даёт либо неверные отсчёты, либо короткое замыкание внутри кристалла.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

AVCC и AREF — аналоговые выводы микроконтроллеров AVR серии megaAVR, например ATmega328P. AVCC — питание АЦП и выводов PC3:0 и ADC7:6. AREF — вывод опорного напряжения АЦП: результат преобразования отсчитывается от него, минимальный код соответствует земле, максимальный — напряжению на AREF минус один младший разряд (DS40002061B, разд. 24.2).

Питание AVCC

AVCC подключают к VCC, даже если АЦП не используется. Разница между ними не должна превышать ±0,3 В, то есть AVCC и VCC берут от одного источника. Для точных измерений даташит рекомендует LC-фильтр: дроссель 10 мкГн последовательно и конденсатор 100 нФ на аналоговую землю (рис. 24-9). Остальные советы того же раздела: короткие аналоговые цепи над аналоговым полигоном земли, режим подавления шума АЦП во сне и запрет переключения выходов порта C во время преобразования.

Выбор опоры

Источник опоры задают биты REFS1 и REFS0 в регистре ADMUX:

REFS1:REFS0ОпораЧто на выводе AREF
00внешняя, с вывода AREF; внутренняя выключенавнешний источник опорного напряжения
01AVCCконденсатор на землю, типично 100 нФ (AN2519)
10резерв—
11внутренние 1,1 Вконденсатор на землю

По табл. 24-3 DS40002061B. Внутренняя опора 1,1 В получается из бандгапа через внутренний усилитель, её разброс — от 1,0 до 1,2 В (табл. 29-15), поэтому точные измерения с ней калибруют. Внешнюю опору можно подавать от 1,0 В до AVCC; входное сопротивление вывода AREF — 32 кОм, его учитывают, если опору делают резистивным делителем.

Шаг преобразования 10-битного АЦП — опора, делённая на 1024 (наш расчёт): 4,88 мВ при опоре 5 В и 1,07 мВ при опоре 1,1 В. Узкая опора даёт мелкий шаг, но и диапазон входа сужается до опоры. Выбрать опору и посчитать код для своего напряжения помогает калькулятор АЦП AVR.

Предупреждения даташита

  • Внешняя опора и внутренние режимы несовместимы. Если на AREF подан внешний источник, выбирать AVCC или 1,1 В нельзя: внутренняя опора окажется замкнута на внешнее напряжение. С внешней опорой REFS1:0 = 00 записывают до первого запуска АЦП.
  • На AREF — только ёмкость. Опора — источник с высоким сопротивлением; мерить её можно только вольтметром с высоким входным сопротивлением, подключать нагрузку нельзя.
  • Первый отсчёт после смены опоры отбрасывают: он может быть неточным, пока опора не установилась.

Пошаговая настройка АЦП с выбором опоры — в уроке «АЦП ATmega328P».

Частые вопросы

Зачем конденсатор на AREF, если опора внутренняя?

Внутренняя опора 1,1 В и опора от AVCC выводятся на AREF, и вывод напрямую подключён к АЦП. Конденсатор между AREF и землёй снижает шум опоры — так советует даташит ATmega328P (DS40002061B, разд. 24.5.2), а в рекомендациях Microchip по разводке AN2519 типичный номинал — 100 нФ. Подключать к AREF другую нагрузку нельзя: опора — источник с высоким сопротивлением, на нём допустима только ёмкость.

Что будет, если подать напряжение на AREF и выбрать опору AVCC?

Внутренний ключ замкнёт AVCC на внешний источник, подключённый к AREF: даташит прямо предупреждает, что при внешнем напряжении на AREF другие варианты опоры выбирать нельзя. Поэтому с внешней опорой биты REFS1:0 держат в 00 с самого начала программы, до первого включения АЦП.

Можно ли оставить AVCC неподключённым, если АЦП не нужен?

Нет. AVCC питает не только АЦП, но и выводы PC3:0 и ADC7:6, и по даташиту его подключают к VCC даже без АЦП. Напряжение на AVCC не должно отличаться от VCC больше чем на ±0,3 В, поэтому AVCC и VCC питают от одного источника, при работе АЦП — через LC-фильтр.

Источники

  1. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P megaAVR Data Sheet (DS40002061B, 2020) — разд. 1.1.7: AVCC — питание АЦП, PC3:0 и ADC7:6, подключается к VCC, даже если АЦП не используется, при работе АЦП — через фильтр нижних частот; разд. 1.1.8: AREF — вывод опорного напряжения АЦП; разд. 24.2: AVCC должно отличаться от VCC не больше чем на ±0,3 В; встроенные опоры 1,1 В и AVCC, опору можно развязать конденсатором на AREF; минимальный код — GND, максимальный — напряжение на AREF минус 1 LSB; разд. 24.5.2: AVCC подключено к АЦП через пассивный ключ, 1,1 В получают из бандгапа через внутренний усилитель, AREF напрямую подключён к АЦП, на AREF допустима только ёмкостная нагрузка; при внешнем источнике на AREF другие опоры выбирать нельзя — они будут замкнуты на внешнее напряжение; первый результат после смены опоры может быть неточным; разд. 24.6.2 и рис. 24-9: AVCC подключают к VCC через LC-цепь 10 мкГн и 100 нФ; табл. 24-3: REFS1:0 = 00 — AREF, внутренняя опора выключена; 01 — AVCC с конденсатором на AREF; 10 — резерв; 11 — внутренние 1,1 В с конденсатором на AREF; разд. 29.8, табл. 29-15: AVCC от VCC − 0,3 В до VCC + 0,3 В, VREF от 1,0 В до AVCC, VINT 1,0 / 1,1 / 1,2 В, RREF 32 кОм
  2. Microchip. AN2519 AVR Microcontroller Hardware Design Considerations (DS00002519B, 2018) — разд. 2.2 Analog Supply: отдельный вывод AVCC защищает аналоговые цепи от шума переключения цифровой части; аналоговое питание развязывают отдельно, как цифровое; AREF тоже развязывают, типичный конденсатор — 100 нФ; отдельную аналоговую землю соединяют с цифровой в одной точке, у источника питания; разд. 7: AVCC изолируют от VCC

Нашли ошибку?

Смотрите также