簡易電圧計(高分解能22ビット)

概要

PICに搭載されている、A/D変換モジュールの殆どが、10ビットの精度(分解能)を持っています。 通常、製作する電子工作物では、これで十分です。

しかし、少し精度の高い測定器などを製作する場合には、10ビットの分解能では不十分な場合が発生します。

そこで今回は、22ビットの精度(分解能≒1μV)を持つ、ローコストなA/D変換モジュール(MCP3551)を使用して電圧計を製作してみました。

<仕様> ◎MCP3551使用時

分解能=0.9765625μV…4096mV÷22ビット(4194304)

変換速度=約100msec

参照電圧=4096mV

入力=1チャネル(CH1)

◎PIC内蔵ADC使用時

分解能=4mV…4096mV÷10ビット(1024)

変換速度=約0.1msec

参照電圧=4096mV

入力=1チャネル(CH2)

<MCP3551の概観(IC変換基板に実装)>

<MCP3551のブロックダイアグラム>

<MCP3551のピン配置>

動作原理

外付けのA/D変換モジュール(MCP3551)とPIC内蔵のA/D変換モジュールで、入力信号をA/D変換で取り込み、LCDに表示させます。 CH1(MCP3551使用)は、“μV単位“で電圧値を表示します。 CH2(PIC内蔵モジュール使用)は、“mV単位”で電圧値を表示します。

動作原理(ハードウェア)

◎A/D変換

22ビット精度には、MCP3551を使用します。

10ビット精度には、PIC16F88の内蔵モジュールを使用します。

◎A/D変換参照電圧

多回転ボリューム(VR1)を使用して、4096mVの参照電圧を得ます。

※精度を高める場合には、専用のIC(例えば、MCP1541等)を使用してください。

動作原理(ソフトウェア)

◎MCP3551の初期化処理

CS,SDO/RDY,SCKに接続するポートの入出力モードを設定します。

CS=1(high)、SCK=1(high)にします。

◎MCP3551からのデータの取り込み

下図のシーケンスに従って、A/D変換されたデータを取り込みます。

回路図

ソースコード

//********************************************************************** /* ＜簡易電圧計（高分解能22ビット）＞ */ //********************************************************************** //■マクロ定義 #define BYTE unsigned short #define WORD unsigned int #define DWORD unsigned long //LCD sbit LCD_RS at RB6_bit; sbit LCD_EN at RB7_bit; sbit LCD_D7 at RA1_bit; sbit LCD_D6 at RA0_bit; sbit LCD_D5 at RA7_bit; sbit LCD_D4 at RA6_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISB6_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISB7_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISA1_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISA0_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISA7_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISA6_bit; // #define INPUT_MODE 1 #define OUTPUT_MODE 0 //********************************************************************** //■関数宣言 extern void main(); extern long mcp3551_read(); extern void mcp3551_init(); //********************************************************************** //■メイン関数 void main() { double v1; WORD v2; short cnt; char buf1[16], buf2[16]; char *space = " "; // OSCCON = 0b01110000; ANSEL = 0b00000100; TRISA = 0b11111111; TRISB = 0b00000100; // mcp3551_init(); ADCON1.VCFG1 = 1; ADCON1.VCFG0 = 0; ADC_Init(); // Lcd_Init(); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Out(1, 1, "Voltmeter(22bit)"); Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // while (1) { //測定 v1 = mcp3551_read(); v2 = ADC_Get_Sample(2); //補正 v1 = v1 * 0.9765625; // 分解能＝0.9765625uV = 4096000uV ÷ 4194304 v2 = v2 * 4; // 分解能＝4mV = 4096mV ÷ 1024 //表示 FloatToStr(v1, buf1); WordToStr(v2, buf2); Lcd_Out(1, 1, "uV:"); Lcd_Out(2, 1, "mV:"); Lcd_Out(1, 4, space); Lcd_Out(2, 4, space); Lcd_Out(1, 4, buf1); Lcd_Out(2, 4, &buf2[1]); // Delay_ms(500); } } //********************************************************************** //MCP3551 sbit CS at RB1_bit; sbit SDO at RB2_bit; sbit SCK at RB3_bit; sbit CS_Direction at TRISB1_bit; sbit SDO_Direction at TRISB2_bit; sbit SCK_Direction at TRISB3_bit; // void mcp3551_init() { CS_Direction = OUTPUT_MODE; SDO_Direction = INPUT_MODE; SCK_Direction = OUTPUT_MODE; // CS = 1; SCK = 1; } //********************************************************************** long mcp3551_read() { long dat; short cnt; // dat = 0; CS = 0; while (SDO == 1) ; for (cnt = 0; cnt < 24; cnt++) { SCK = 0; SCK = 1; if (SDO == 1) { dat |= 0x01; } dat <<= 1; } CS = 1; return (dat & 0b001111111111111111111111); } //**********************************************************************

動作確認

(編者注：この画像しか保存されておりませんでした）

LCD表示(上側)=μV単位で表示します。(MCP3551使用) LCD表示(下側)=mV単位で表示します。(PIC内蔵モジュール使用)

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