ดูต้นฉบับสำหรับ การวัดสัญญาณแอนะล็อกด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์

: ''วิกินี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชา [[01204223]]''

== สัญญาณแอนะล็อกและการบันทึกค่า ==
[[Image:analog-signal.png|150px|thumb|ตัวอย่างสัญญาณแอนะล็อก]]
ข้อมูลที่อ่านจากสภาพแวดล้อมบ่อยครั้งมักจะอยู่ในรูปข้อมูลต่อเนื่อง (continuous data) หรือข้อมูลแอนะล็อก (analog data) ตัวอย่างข้อมูลลักษณะนี้ในชีวิตประจำวันได้แค่อุณหภูมิ ความสว่างของห้อง ความเร็วรถยนต์ น้ำหนัก ส่วนสูง ฯลฯ เมื่อข้อมูลนี้ถูกเปลี่ยนให้เป็นรูปสัญญาณ (เช่นแรงดันไฟฟ้า) เพื่อให้สามารถอ่านและประมวลผลได้โดยวงจรอิเล็คทรอนิคส์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ จะถูกเรียกว่าเป็น [http://en.wikipedia.org/wiki/Analog_signal สัญญาณแอนะล็อก (analog signal)] ดังแสดงในรูปด้านข้าง
<br style="clear: both"/>

[[Image:2-level.png|150px|thumb|การบันทึกข้อมูลแบบดิจิทัล 2 ระดับ (1 บิต)]]
อย่างไรก็ตาม หากเรานำเอาสัญญาณเหล่านี้ป้อนให้กับขาดิจิทัลอินพุทของไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวสัญญาณจะถูกตีความเป็นสองระดับ คือลอจิก 0 หรือ 1 เท่านั้น นั่นหมายถึงถ้าสัญญาณมีค่าแรงดันสูงกว่าค่าหนึ่ง ไมโครคอนโทรลเลอร์จะตีความอินพุทเป็นลอจิก 1 และหากสัญญาณมีแรงดันต่ำกว่านั้นก็จะถูกตีความเป็นลอจิก 0 ดังแสดงในตัวอย่าง
<br style="clear: both"/>

[[Image:1024-level.png|150px|thumb|การบันทึกข้อมูลแบบดิจิทัล 1024 ระดับ (10 บิต)]]
จะเห็นว่าการตีความสัญญาณแอนะล็อกด้วยดิจิทัลลอจิกเพียงสองระดับนั้นทำให้การอ่านค่าสัญญาณมีความหยาบมาก แต่หากเราใช้ขนาดของข้อมูลที่มากกว่า 1 บิตระดับของการตีความก็จะมากขึ้นตามไปด้วยเป็นทวีคูณ ตัวอย่างที่เห็นในรูปเป็นการตีความสัญญาณแอนะล็อกด้วยข้อมูลดิจิทัลขนาด 10 บิต (1024 ระดับ)
<br style="clear: both"/>

ไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่มักมีวงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัลอยู่ภายในตัวเรียบร้อยแล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์ ATMega168 ที่เราใช้ก็เช่นกัน ภายในชิปจะมีวงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นข้อมูลดิจิทัลขนาด 10 บิตที่เขียนโปรแกรมเรียกใช้งานได้ทันที

== วงจรแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล 10 บิตของ ATMega168 ==
ไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์ ATMega168 รุ่นที่เป็นขา DIP 28 ขานั้นสามารถประมวลผลอินพุทที่เป็นสัญญาณแอนะล็อกผ่านทางขา ADC0 ถึง ADC5 (ซึ่งคือขา PC0 ถึง PC5) เท่านั้น กระบวนการทำงานของการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นข้อมูลดิจิทัลเป็นดังรูปด้านล่าง

[[Image:adc-block.png|center|500px]]

ภายในชิป ATMega168 นั้นจะมีมอดูลแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัลเพียงแค่ชุดเดียว ดังนั้นกระบวนการเรียกใช้งานจึงมีขั้นตอนดังนี้
# กำหนดค่าให้กับมัลติเพล็กเซอร์ในชิปว่าต้องการดึงสัญญาณอินพุทจากขาใด (ADC0..ADC5) มาป้อนเข้ากับวงจรแปลงสัญญาณฯ ค่าดังกล่าวต้องถูกเซ็ตให้กับบิต 3..0 ของรีจีสเตอร์ ADMUX
# สั่งเปิดการใช้งานวงจรแปลงสัญญาณฯ โดยส่งลอจิก 1 ไปที่บิต ADEN (ADC Enable - บิต 7) ของรีจีสเตอร์ ADCSRA
# สั่งให้วงจรแปลงสัญญาณฯ เริ่มกระบวนการแปลง โดยส่งลอจิก 1 ไปที่บิต ADSC (ADC Start Conversion -  บิต 6) ของรีจีสเตอร์ ADCSRA
# รอจนกระทั่งบิต ADSC มีค่าเป็นลอจิกศูนย์ นั่นหมายถึงกระบวนการแปลงได้เสร็จสิ้นแล้ว
# ผลลัพธ์ของการแปลงจะถูกเก็บไว้ในรีจีสเตอร์ ADCL (8 บิตต่ำ) และ ADCH (8 บิตสูง) <span style="color: red;">เพื่อให้การอ่านค่าเป็นไปได้อย่างถูกต้องตามกลไกของไมโครคอนโทรลเลอร์ ค่าในรีจีสเตอร์ ADCL ต้องถูกอ่านออกมาก่อน ADCH</span>

ค่าที่ได้จากการแปลงจะเป็นตามสูตร
:<math>ADC = \frac{V_{IN} \cdot 1024}{V_{REF}}</math>
โดย <math>V_{IN}</math> คือแรงดันที่ขาแอนะล็อกอินพุทที่ถูกเลือก ส่วน <math>V_{REF}</math> คือแรงดันอ้างอิง ซึ่งเราสามารถเลือกแหล่งแรงดันได้โดยการตั้งค่าที่บิต 6 และ 7 ของรีจีสเตอร์ ADMUX ตัวอย่างฟังก์ชันด้านล่างมีการตั้งแหล่งแรงดันอ้างอิงให้เป็นแรงดันที่ขา AREF ซึ่งต่อเข้ากับ VCC จึงมีแรงดันเท่ากับ 5 โวลท์

== ฟังก์ชันอ่านสัญญาณแอนะล็อก ==
เพื่อความสะดวก เราจะสร้างฟังก์ชัน <code>read_adc</code> ขึ้นมาจากกระบวนการข้างต้น ฟังก์ชันนี้รับพารามิเตอร์เป็นหมายเลขขาของพอร์ท C จากนั้นจึงคืนค่าสัญญาณแอนะล็อกที่อ่านได้และแปลงเป็นข้อมูลดิจิทัล 10 บิตเรียบร้อยแล้วกลับออกมา

<syntaxhighlight lang="C">
uint16_t read_adc(uint8_t channel)
{
    ADMUX = (0<<REFS1)|(1<<REFS0) // ระบุให้ใช้ VCC เป็นแรงดันอ้างอิง (Vref) และ
          | (0<<ADLAR)            // บันทึกผลลัพธ์ชิดขวาในคู่รีจีสเตอร์ ADCH/ADCL
          | (channel & 0b1111);   // ตั้งค่า MUX เป็นค่า channel

    ADCSRA = (1<<ADEN)            // เปิดวงจร ADC
           | (1<<ADPS2)|(1<<ADPS1)|(1<<ADPS0) // ใช้ความเร็ว 1/128 ของคล็อกระบบ
           | (1<<ADSC);           // สั่งวงจร ADC ให้เริ่มต้นการแปลง

    while ((ADCSRA & (1<<ADSC)))  // รอจนบิต ADSC กลายเป็น 0 ซึ่งหมายถึงการแปลงเสร็จสิ้น
       ;

    return ADCL + ADCH*256;  // ผลลัพธ์ถูกเก็บอยู่ในรีจีสเตอร์ ADCL และ ADCH
    // สามารถใช้ return ADC ได้เช่นกัน
}
</syntaxhighlight>

== บทความที่เกี่ยวข้อง ==
* [[การบัดกรีแผงวงจรไมโครคอนโทรลเลอร์ ]]
* [[การพัฒนาเฟิร์มแวร์สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์]]
* [[แผงวงจรพ่วง (Peripheral Board)]]