PIC16F ADC Problem

[pks (Gast)]

Hallo,
ich versuche mit einem PIC16F1513 mehrere Spannungen zu messen. Leider 
bekomme ich vom ADC nicht(immer) die erwarteten Werte.
Der PIC wird mit 3,3V und internen 16MHz betrieben.

Mein Code sieht auzugsweise wie folgt aus:

#include <htc.h>            /* HiTech General Includes */
#include <stdint.h>         /* For uint8_t definition */
#include <stdbool.h>        /* For true/false definition */

#include <pic16f1513.h>
#include "pic16f151x_api.h"
#include "pic16f151x_defines.h"
#include "interrupts.h"

/******************************************************************************/
/* Defines                                                                    */
/******************************************************************************/

#define PORT_ID_A 0x0
#define PORT_ID_B 0x1
#define PORT_ID_C 0x2
#define PORT_ID_E 0x3

#define ADC_CHAN_NONE 0xff

#define ADC_CHAN_RA0 0x0
#define ADC_CHAN_RA1 0x1
#define ADC_CHAN_RA2 0x2
#define ADC_CHAN_RA3 0x3
#define ADC_CHAN_RA4 ADC_CHAN_NONE
#define ADC_CHAN_RA5 0x4
#define ADC_CHAN_RA6 ADC_CHAN_NONE
#define ADC_CHAN_RA7 ADC_CHAN_NONE

#define ADC_CHAN_RB0 0xc
#define ADC_CHAN_RB1 0xa
#define ADC_CHAN_RB2 0x8
#define ADC_CHAN_RB3 0x9
#define ADC_CHAN_RB4 0xb
#define ADC_CHAN_RB5 0xd
#define ADC_CHAN_RB6 ADC_CHAN_NONE
#define ADC_CHAN_RB7 ADC_CHAN_NONE

#define ADC_CHAN_RC0 ADC_CHAN_NONE
#define ADC_CHAN_RC1 ADC_CHAN_NONE
#define ADC_CHAN_RC2 0xe
#define ADC_CHAN_RC3 0xf
#define ADC_CHAN_RC4 0x10
#define ADC_CHAN_RC5 0x11
#define ADC_CHAN_RC6 0x12
#define ADC_CHAN_RC7 0x13

#define ADC_CHAN_RE3 ADC_CHAN_NONE

/* Port register struct */
typedef struct
{
    volatile unsigned char* pTris; /* Tristate Register */
    volatile unsigned char* pPort; /* State Register */
    volatile unsigned char* pAnsel;/* Analog Select Register */
    volatile unsigned char* pLat;  /* Latch Register*/
}portRegisterStr;

/* Pin info struct*/
typedef struct
{
    bool canOut;      /* Pin can be output? */
    bool canAnalogIn; /* Pin can be analog input? */
    uint8_t portId;   /* ID of dedicated port */
    uint8_t bitOffs;  /* Pin offset in port registers */
    uint8_t adcChId;  /* ID of dedicated ADC channel */
}pinInfoStr;

/* List of ports */
static const portRegisterStr portInfoArr[4] =
{
    {&TRISA, &PORTA, &ANSELA, &LATA}, /* Port A */
    {&TRISB, &PORTB, &ANSELB, &LATB}, /* Port B */
    {&TRISC, &PORTC, &ANSELC, &LATC}, /* Port C */
    {&TRISE, &PORTE, 0, 0}  /* Port E */
};

/* List of pins */
static const pinInfoStr pinInfoArr[25] =
{
    /* Port A */
    {true, true,  PORT_ID_A, 0, ADC_CHAN_RA0}, /* Pin RA0 */
    {true, true,  PORT_ID_A, 1, ADC_CHAN_RA1}, /* Pin RA1 */
    {true, true,  PORT_ID_A, 2, ADC_CHAN_RA2}, /* Pin RA2 */
    {true, true,  PORT_ID_A, 3, ADC_CHAN_RA3}, /* Pin RA3 */
    {true, false, PORT_ID_A, 4, ADC_CHAN_RA4}, /* Pin RA4 */
    {true, true,  PORT_ID_A, 5, ADC_CHAN_RA5}, /* Pin RA5 */
    {true, false, PORT_ID_A, 6, ADC_CHAN_RA6}, /* Pin RA4 */
    {true, false, PORT_ID_A, 7, ADC_CHAN_RA7}, /* Pin RA5 */
    /* Port B */
    {true, true,  PORT_ID_B, 0, ADC_CHAN_RB0}, /* Pin RB0 */
    {true, true,  PORT_ID_B, 1, ADC_CHAN_RB1}, /* Pin RB1 */
    {true, true,  PORT_ID_B, 2, ADC_CHAN_RB2}, /* Pin RB2 */
    {true, true,  PORT_ID_B, 3, ADC_CHAN_RB3}, /* Pin RB3 */
    {true, true,  PORT_ID_B, 4, ADC_CHAN_RB4}, /* Pin RB4 */
    {true, true,  PORT_ID_B, 5, ADC_CHAN_RB5}, /* Pin RB5 */
    {true, false, PORT_ID_B, 6, ADC_CHAN_RB6}, /* Pin RB6 */
    {true, false, PORT_ID_B, 7, ADC_CHAN_RB7}, /* Pin RB7 */
    /* Port C */
    {true, false, PORT_ID_C, 0, ADC_CHAN_RC0}, /* Pin RC0 */
    {true, false, PORT_ID_C, 1, ADC_CHAN_RC1}, /* Pin RC1 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 2, ADC_CHAN_RC2}, /* Pin RC2 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 3, ADC_CHAN_RC3}, /* Pin RC3 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 4, ADC_CHAN_RC4}, /* Pin RC4 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 5, ADC_CHAN_RC5}, /* Pin RC5 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 6, ADC_CHAN_RC6}, /* Pin RC6 */
    {true, true,  PORT_ID_C, 7, ADC_CHAN_RC7}, /* Pin RC7 */
    /* Port E */
    {false, false, PORT_ID_E, 3, ADC_CHAN_RE3}, /* Pin RE3 */
};

/* Timer 0 overflow indcation (set by irq callback)*/
static bool timer0Irq = false;

/*** Set Configuration words ***/
/* Disable watchdog, select internal oscillator, disable MCLRE */
/* Enable Brown-out reset*/
__CONFIG(WDTE_OFF & FOSC_INTOSC & MCLRE_OFF & BOREN_ON);
/* Enable low voltage programming,  Set Brown-out high trip point*/
__CONFIG(LVP_ON & BORV_HI);

/* Callback function for timer 0 overflow*/
void timer0Callback(void)
{
    timer0Irq = true;
}

/* Waits for up to 256 us*/
void picWait_us(uint8_t usVal)
{
    TMR0 = ~usVal;
    INTCON |= _INTCON_TMR0IE_MASK;
    timer0Irq = false;
    while(!timer0Irq)
        ;
}

/* Init controller */
void picInit()
{
    /* Configure oscillator */
    /* Set Internal oscillator to 16 MHz */
    OSCCONbits.SCS = 0x2;
    OSCCONbits.IRCF = 0xf;
    /* Wait for clock stable flag */
    while(!(OSCSTAT & _OSCSTAT_HFIOFS_MASK))
        ;

    /**** Configure Timer 0 ****/
    /* Connect to internal instruction clock */
    OPTION_REG &= ~_OPTION_REG_TMR0CS_MASK;
    /* Enable timer prescaler */
    OPTION_REG &= ~_OPTION_REG_PSA_MASK;
    /* Set prescaler to "001" (1:4) */
    OPTION_REGbits.PS = 0x1;

    /**** Configure IRC ****/
    /* Global interrupt enable */
    INTCON |= _INTCON_GIE_MASK;
    /* Timer 0 interrupt enable */
    INTCON |= _INTCON_T0IE_POSN;

    /**** Configure internal voltage reference ****/
    /* Set voltage to 2.048V */
    FVRCONbits.ADFVR = 0x2;
    /* Fixed volatage enable */
    FVRCONbits.FVREN = 1;

    /**** Clear Port Register ****/
    PORTA = 0;
    PORTB = 0;
    PORTC = 0;
    PORTE = 0;

    /**** Configure ADC ****/
    /* Result format: right aligned */
    ADCON1 = _ADCON1_ADFM_MASK;
    /* Conversion clock: Fosc/64 */
    ADCON1bits.ADCS = 0x6;
    /* Reference voltage: internal vref */
    ADCON1bits.ADPREF = 0x3;

    /* Register callback function for timer 0 overflow */
    registerIsrCallback(timer0Callback);
}

/* Configure pin*/
void picConfigPin(uint8_t pinId, uint8_t pinSet)
{
    switch(pinSet)
    {
        /* Logical input */
        case LOGIC_IN:
            /* Set TRIS register bit to 1 (input) */
            *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pTris)
                    |= (1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);
            break;
        /* Logical output */
        case LOGIC_OUT:
            /* Set TRIS register to 0 (output) */
            *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pTris)
                    &= ~(1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);
            break;
        /* Analog input */
        case ANALOG_IN:
            /* Set TRIS register bit to 1 (input) */
            *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pTris)
                    |= (1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);
            /* Set ANSEL register bit to 1 */
            *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pAnsel)
                    |= (1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);
            break;
        default : ;
    }
}


/* Get adc value (0...1023) of selected pin */
uint16_t picReadAdc(uint8_t pinId)
{
    int16_t res = 0;
    uint8_t pin = pinId;

    /* Select adc channel */
    ADCON0bits.CHS = pinInfoArr[pin].adcChId;

    /* Enable adc */
    ADCON0bits.ADON = 1;
    
    /* Acquisition time */
    picWait_us(10);

     /* Start conversion */
    ADCON0bits.ADGO = 1;


    /* Wait for adc completion */
    while(ADCON0bits.ADGO)
        ;

    /* Read result high/low */
    res = ((int16_t)ADRESH << 8);
    res |= (int16_t)ADRESL;

    ADCON0bits.ADON = 0;
    return res;
}

Ich rufe zuerst picInit() auf, dann picConfigPin() für alle Pins. 
Anschließend dann picReadAdc() für die entprechenden Pins...
Was mache ich falsch?
Der Aufruf picWait_us(10); führt bei mir zu einer deutlich längeren Zeit 
> 100us. Ich weiß noch nicht warum, aber
eine längere Zeit sollte für die Messung kein Problem sein, oder?

[Kein Name (Gast)]

Die Acquisition time besser zwischen CHS und ADON . Bzw. Erst mit der 
Konvertierung beginnen, nachdem der interne Sample-and-Hold Kondensator 
aufgeladen ist.

[Kein Name (Gast)]

Upps... Entschuldigung, verkuckt. Ist ja zwischen CHS und ADGO.

[pks (Gast)]

Kein Name schrieb:
> Die Acquisition time besser zwischen CHS und ADON . Bzw. Erst mit der
> Konvertierung beginnen, nachdem der interne Sample-and-Hold Kondensator
> aufgeladen ist.


Hmm, in der Spec steht:

1. Configure Port:
• Disable pin output driver (refer to the TRIS
register)
• Configure pin as analog (refer to the ANSEL
register)
2. Configure the ADC module:
• Select ADC conversion clock
• Configure voltage reference
• Select ADC input channel
• Turn on ADC module                         <--
3. Configure ADC interrupt (optional):
• Clear ADC interrupt flag
• Enable ADC interrupt
• Enable peripheral interrupt
• Enable global interrupt(1)
4. Wait the required acquisition time(2).    <--
5. Start conversion by setting the GO/DONE bit.
6. Wait for ADC conversion to complete by one of
the following:
• Polling the GO/DONE bit
• Waiting for the ADC interrupt (interrupts
enabled)
7. Read ADC Result in ADRES0H and ADRES0L.

[Marcus (Gast)]

Wie groß ist denn der Quellwiderstand des angelegten Signals?

Siehe Datenblatt, Abschnitt 16.4


Noch eine kleine Anmerkung: Bei solch aufwendiger Array-Arithmetik wie

           *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pTris)
                    |= (1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);

kann es sein, dass der HITECH nicht besonders tollen Code erzeugt, d.h. 
er ist dann ziemlich langsam. So etwas liegt einfach nicht in der Natur 
der PIC16.

[pks (Gast)]

Marcus schrieb:
> Wie groß ist denn der Quellwiderstand des angelegten Signals?
>
> Siehe Datenblatt, Abschnitt 16.4

Der liegt bei 2k, sollte also kein Problem sein.

>
> Noch eine kleine Anmerkung: Bei solch aufwendiger Array-Arithmetik wie
>            *(portInfoArr[pinInfoArr[pinId].portId].pTris)
>                     |= (1<<pinInfoArr[pinId].bitOffs);
>
> kann es sein, dass der HITECH nicht besonders tollen Code erzeugt, d.h.
> er ist dann ziemlich langsam. So etwas liegt einfach nicht in der Natur
> der PIC16.

Das ist mir mittleweile auch aufgefallen :-)
Wenn ich einen Ausgang toggle, indem ich einfach das Port-Register 
schreibe, komme ich auf eine Pulsbreite im Bereich von unter einer us. 
Mache ich es mit obigem Aufruf, liege ich bei über 100 us...
Daraus ergab sich auch die Vermutung, dass die wait-Funktion nicht 
funktioniert, die habe ich nämlich auf diese Art kontrolliert.

[pks (Gast)]

Jetzt habe ich noch eine interessante Entdeckung gemacht. Wenn ich in 
meinem Programm eine Spannung zyklisch messe, und nach der Messung einen 
Breakpoint setze, ist nach jeder Messung der Wert ein wenig kleiner. Das 
geht so lange, bis der Wert da ankommt, wo die Spannung tatsächlich 
liegt. Da bleibt er dann stabil...

[Martin H. (martinhaag)]

Falls nicht schon gemacht: Mit einem Oszilloskop die Versorgungsspannung 
(oder Referenzspannung) sowie direkt am PIC die zu messende Spannung 
kontrollieren. Eventuell arbeitet der PIC korrekt, aber deine Schaltung 
arbeitet nicht wie vorausgesetzt.
Grüsse  Martin

EDIT: ich hatte auch schon PIC's bei denen ein ADC eingang nicht ging, 
vieleicht den PIC mal tauschen

[pks (Gast)]

Gibt es eine Möglichkeite die interne Referenzspannung auf einen Pin zu 
legen?

[Marcus (Gast)]

pks schrieb:
> Wenn ich in
> meinem Programm eine Spannung zyklisch messe, und nach der Messung einen
> Breakpoint setze, ist nach jeder Messung der Wert ein wenig kleiner. Das
> geht so lange, bis der Wert da ankommt, wo die Spannung tatsächlich
> liegt. Da bleibt er dann stabil...

Das hört sich wirklich sehr nach einem Sampling-Problem an, d.h. der 
S&H-Kondensator wird zu langsam auf das korrekte Potential gebracht. Du 
kannst ja mal folgendes probieren:

1. ADON nur einmal am Anfang des Programmes setzen, nicht jedesmal, wenn 
Du den ADC nutzten möchtest. Das versaut dann aber etwas die 
durchschnittliche Leistungsaufnahme des PIC, was aber evtl. unwichtig 
ist.

2. Warte mal länger zwischen dem Setzen von CHS und dem Setzen von GO, 
z.B. 10ms. Wenn es dann geht, stimmen Deine 2k Quellwiderstand nicht. 
Abhilfe wäre dann z.B. ein Entkoppelkondensator von ca. 22nF in der Nähe 
des Pins. Oder den Quellwiderstand wirklich auf 2k bringen 
(Fehlbestückung, anderes externes Hardware-Problem).

[pks (Gast)]

Leider ist das Problem immer noch nicht gelöst.
Interessanterweise beobachte ich das gleicher Verhalten, wenn ich als 
Referenz die Versorgungsspannung(3,3V) wähle und als "Mess-Spannung" die 
FVR(2,048V). Der ADC-Wert ist erstmal zu klein und steigt langsam an, 
bis er den erwarteten Wert erreicht. Mit langsam ist gemeint, dass das 
Ganze mehrere Minuten dauert. Ich habe das jetzt schon mit mehreren 
PICs/Baugruppen ausprobiert und immer das gleiche Ergebnis. Der gleich 
Code mit einem andere PIC16 (allerdings mit 5V VDD) auf einem Evalboard 
zeigt dieses Verhalten nicht.