Aref arduino что такое

Arduino.ru

Функция определяет опорное напряжение относительно которого происходят аналоговые измерения. Функция analogRead() возвращает значение с разрешением 10 бит пропорционально входному напряжению на аналоговом входе, и в зависимости от опорного напряжения.

• DEFAULT: стандартное опорное напряжение 5 В (на платформах с напряжением питания 5 В) или 3.3 В (на платформах с напряжением питания 3.3 В)
• INTERNAL: встроенное опорное напряжение 1.1 В на микроконтроллерах ATmega168 и ATmega328, и 2.56 В на ATmega8.
• INTERNAL1V1: встроенное опорное напряжение 1.1 В (Arduino Mega)
• INTERNAL2V56: встроенное опорное напряжение 2.56 (Arduino Mega)
• EXTERNAL: внешний источник опорного напряжения, подключенный к выводу AREF

Синтаксис

Параметры

type: определяет используемое опорное напряжение (DEFAULT, INTERNAL или EXTERNAL).

Возвращаемое значение

Внимание

Внешнее напряжение рекомендуется подключать к выводу AREF через резистор 5 кОм.

Таким образом уменьшается риск повреждения микросхемы Atmega если настройки analogReference не совпадают с возможностями платформы. Однако при этом произойдет небольшая просадка напряжения, вследствие того, что имеется встроенный резистор 32 кОм, подключенный к выводу AREF. В этом случае оба резистора работают как делитель напряжения. Подсоединение внешнего резистора позволяет быстро переключаться на напряжение 3.3 В вывода AREF с напряжения 5 В DEFAULT без конфигурации аппаратной части и АЦП.

Использование вывода AREF

Напряжение, подключенное к выводу AREF, конвертируется АЦП и, затем, определяется значение напряжения, при котором АЦП выдает самое высокое цифровое значение, т.е 1023. Другие значения напряжения, поступающие в АЦП, конвертируются пропорционально. Таким образом, при настройке DEFAULT 5 В значение напряжения 2.5 В в АЦП будет конвертироваться в 512.

В стандартной конфигурации платформ Arduino вывод AREF (вывод 21 Atmega) не задействован. В этом случае при настройке DEFAULT к выводу подключается внутреннее напряжение AVCC. Соединение является низко-импедансным и любое напряжение подведенное к выводу в этот момент может повредить микросхему ATMEGA.

Настройкой INTERNAL к выводу AREF подключается внутреннее напряжение 1.1 В (или 2.56 микросхемы ATmega8). При этом напряжение соответствующее или превышающее 1.1 В будет конвертироваться АЦП в 1023. Другие значения напряжения конвертируются пропорционально.

Внутреннее подключение источника 1.1 В к выводу является высоко-импедансным, что означает, что для измерение напряжения на выводе может быть произведено только мультиметром с высоким сопротивлением. Ошибочное подключение напряжения к выводу AREF при этой настройке функции analogReference не повредит микросхему, но превысит значение 1.1 В. В этом случае АЦП будет конвертировать напряжение внешнего источника. Во избежание вышеописанных проблем настоятельно рекомендуется подключать внешнее напряжение через резистор 5 кОм.

Рекомендуемой настройкой для вывода AREF является EXTERNAL. При этом происходит отключение обоих внутренних источников, и внешнее напряжение будет являться опорным для АЦП.

What is AREF in Arduino

AREF stands for “Analog Reference” and it is the reference voltage for the Arduino microcontroller Analog to Digital converter (ADC). The reference voltage inside Arduino VREF, indicates the maximum conversion value possible in a microcontroller. Arduino has a 10-bit ADC which means it can divide analog values into 1024 readings ranging from 0 to 1023. Arduino by default VREF is 5V however it’s possible to integrate an external reference voltage using the Arduino AREF pin.

analogReference()

The analogReference() function in Arduino programming helps to set up reference voltage for Arduino microcontroller internal ADC. Arduino ADC takes input voltage between two limits and converts them into numbers. This number is defined by the number of bits required to represent it.

For example, in Arduino Uno (Atmega328p), that number is 10-bit starting from 0 to 1023 representing a total value of 1024. So, the upper limit an ADC can measure in volts is equal to Reference Voltage. By default, Arduino uses Vcc input voltage as analogReference(), that can be either 5V or 3.3V in most of the Arduino boards.

Let’s do some calculation to clear this further:

• Applying 0.0V into an Arduino analog input pin where reference voltage is 5V Arduino will give 0x0000 (0 in Decimal) from the ADC.
• Applying 5V into an Arduino analog input pin where reference voltage is 5V Arduino will give 0x03FF (1023 in Decimal) from the ADC.

Note: While using Arduino with 3.3V Vcc don’t apply more than Vcc at analog input it will damage the Arduino microcontroller chip, because you have applied more than the reference voltage that is 3.3V.

analogReference(type)

analogReference(type) in Arduino configures what type of voltage we want to set as reference. Normally by default Arduino uses 5V as analog reference, however using this function we can also configure an external reference. The analogRead() will return 1023 when input at analog pins becomes equal to the set reference voltage.

Three different ways to configure AREF are:

1. DEFAULT: The Default AREF is 5 volts.
2. INTERNAL: This is a built-in reference voltage, which is equal to 1.1volts and 2.56 volts on ATmega168 and ATmega8 respectively. To know further about other microcontrollers AREF voltages, click here.
3. EXTERNAL: Voltage at AREF pin applied externally.

Parameters Type of AREF we want to use is defined here. type: (DEFAULT, INTERNAL, or EXTERNAL).

How to Use External AREF

Using the AREF pin just beneath the ICSP connectors in the Arduino board we can set an external reference voltage for ADC. External reference voltage can come from a regulated power supply or Arduino 3.3V pin is also a good source for AREF voltage.

While using Arduino AREF with external voltage supply make sure to connect Arduino GND with external power supply GND Or if you’re using Arduino 3.3V as AREF voltage connect both with help of jumper wire.

Write following command in void setup() to activate external AREF:

This command will set any voltage connected at AREF pins as a reference.

Note: While using external voltage as reference make sure to set AREF as EXTERNAL before calling analogRead() otherwise it will short the active internal reference and the AREF pin, which may result in damaging the Arduino microcontroller.

To set the AREF back to original use the command below:

How to Use Internal AREF

Arduino microcontroller have also an internal reference voltage of 1.1V. To activate the internal AREF type following command in void setup():

For Arduino Mega boards:

Arduino Mega has another 2.56V reference voltage available. To activate type command written below:

Once the analogReference() is set make sure to calibrate reading using a good ammeter to avoid any error.

Conclusion

Arduino can measure analog signals using internal ADC. Arduino ADCs have a reference voltage of 5V however because of Arduino flexibility in reading analog input one can use an external voltage reference for ADC. Here we covered three ways of configuring Arduino AREF. Using these three ways we can enhance Arduino functionality to read exact analog data.

About the author

Kashif

I am an Electrical Engineer. I love to write about electronics. I am passionate about writing and sharing new ideas related to emerging technologies in the field of electronics.

What are the AREF, IOREF, and the unlabeled pin next to IOREF on the Uno R3?

There are some pins on the Arduino which I haven’t been able to find out anything about:

• IOREF
• AREF
• An unlabeled one next to IOREF

2 Answers 2

AREF:

This is the voltage reference analog-to-digital converter (ADC). It can be used instead of the standard 5V reference for the top end of the analog spectrum – for example, if you wanted to use the ADC to monitor a signal that had a 0-1.5 volt range you could get the full scale of the ADC by connect AREF to a 1.5V signal. DO NOT CONNECT A SIGNAL OUTSIDE THE 0V TO 5V RANGE!

Note that in order for this to work, you must run analogReference(EXTERNAL); before using analogRead() . Also:

After changing the analog reference, the first few readings from analogRead() may not be accurate.

Fore more information, see AnalogReference.

IOREF:

This is a voltage corresponding to the i/o of that board, for example an Uno would supply 5v to this pin, but a Due would supply 3.3v. Sending a signal to this pin does nothing.

Unlabeled pin:

This pin is unused, but is there to ensure compatibility with future products. It is not connected to anything on any R3 boards I have seen.

Аналоговые пины

В прошлом уроке мы разобрали измерение и вывод цифрового сигнала, а в этом разберём аналоговый сигнал. Зачем нужно читать аналоговый сигнал? Микроконтроллер может выступать в роли вольтметра, измерять собственное напряжение питания, например от аккумулятора, может измерять ток через шунт (если вы знаете закон Ома), можно измерять сопротивление, а также работать с потенциометрами (крутильными, линейными, джойстиками), которые являются очень удобными органами управления.

В уроке про возможности микроконтроллера мы обсуждали аналоговые входы, т.е. входы, подключенные к АЦП – аналогово-цифровому преобразователю (ADC). Взглянем на распиновку популярных плат (Arduino Nano и Wemos Mini):

Пины, на которых выведен ADC, могут измерять аналоговый сигнал. На плате Nano это пины, маркированные буквой А (A0–A7), а у esp8266 такой пин всего один – A0.

Чтение сигнала

“Аналоговые” пины могут принимать напряжение от 0V (GND) до опорного напряжения и преобразовывать его в цифровое значение, просто в какие-то условные единицы. АЦП на AVR и esp8266 имеет разрядность в 10 бит, т.е. мы получаем измеренное напряжение в виде числа от 0 до 1023 .

Функция, которая оцифровывает напряжение, называется analogRead(pin) . Она принимает в качестве аргумента номер аналогового пина и возвращает оцифрованное напряжение. Сам пин должен быть сконфигурирован как INPUT (вход). Нумерация:

• Arduino Nano:
  • Просто номером А-пина: A0 – 0
  • Как на плате: A0 – A0
  • Порядковым номером GPIO: А0 – 14 , A1 – 15 .. А7 – 21
  • Просто номером А-пина: A0 – 0
  • Как на плате: A0 – A0

  Пример, опрашивающий пин А0:

  Хранить полученное значение разумно в переменной типа int , потому что значение варьируется от 0 до 1023.

  10k) – можно, но всё равно не рекомендуется этого допускать.

  Потенциометры

  Аналоговые пины очень часто используются при работе с потенциометрами (переменный резистор). При помощи полученного значения можно влиять на ход работы программы, менять какие-то настройки и тому подобное. У потенциометра всегда три ноги: две крайние и одна центральная. Всё вместе это представляет собой делитель напряжения, который и позволяет менять напряжение в диапазоне 0-VCC: К Arduino потенциометр подключается следующим образом: средний вывод на любой A-пин, крайние – на GND и питание. От порядка подключения GND и питания зависит направление изменения значения. Что касается сопротивления, то читай заметку по делителям напряжения ниже в этом уроке. Чаще всего для МК ставят потенциометры с сопротивлением 10 кОм, но диапазон в принципе очень широк: от 1 кОм до 100 кОм. Чем больше, тем более шумным будет приходить сигнал, а если брать меньше – пойдут потери тока в нагрев потенциометра, а это никому не нужно.

  Опорное напряжение (для AVR Arduino)

  Опорное напряжение играет главную роль в измерении аналогового сигнала, потому что именно от него зависит максимальное измеряемое напряжение и вообще возможность и точность перевода полученного значения 0-1023 в Вольты. Изучим функцию analogReference(mode) , где mode:

  • DEFAULT : опорное напряжение равно напряжению питания МК. Активно по умолчанию
  • INTERNAL : встроенный источник опорного на 1.1V (для ATmega168 или ATmega328P) и 2.56V (на ATmega8)
  • INTERNAL1V1 : встроенный источник опорного на 1.1V (только для Arduino Mega)
  • INTERNAL2V56 : встроенный источник опорного на 2.56V (только для Arduino Mega)
  • EXTERNAL : опорным будет считаться напряжение, поданное на пин AREF

  После изменения источника опорного напряжения (вызова analogReference() ) первые несколько измерений могут быть нестабильными. Значение 1023 функции analogRead() будет соответствовать выбранному опорному напряжению или напряжению выше его.

  В режиме DEFAULT мы можем оцифровать напряжение от 0 до напряжения питания VCC. Если напряжение питания 4.5 Вольта, и мы подаём 4.5 Вольт – получим оцифрованное значение 1023. Если подаём 5 Вольт – опять же получим 1023, т.к. выше опорного. Это правило работает и дальше, главное не превышать 5.5 Вольт. Как измерять более высокое напряжение, читайте ниже.

  Что касается точности: при питании от 5V и режиме DEFAULT мы получим точность измерения напряжения (5 / 1024)

  4.9 милливольт. Поставив INTERNAL мы можем измерять напряжение от 0V до 1.1V с точностью (1.1 / 1024)

  0.98 милливольт. Весьма неплохо, особенно если баловаться с делителем напряжения.

  Что касается внешнего источника опорного напряжения: нельзя подавать напряжение меньше 0V (отрицательное) или выше 5.5V в качестве внешнего опорного в пин AREF. Также при подключении внешнего опорного напряжения нужно вызвать analogReference(EXTERNAL) до первого вызова функции analogRead() (начиная с запуска программы), иначе можно повредить микроконтроллер!

  Чтобы “на лету” переключаться между внутренними и внешним опорными, можно подключить его на AREF через резистор на

  5 кОм. Вход AREF имеет собственное сопротивление в 32 кОм, поэтому реальное опорное будет вычисляться по формуле REF = V * 32 / (R + 32), где R – сопротивление резистора (кОм), через которое подключено опорное напряжение V (Вольт). Например для 2.5V получим 2.5 * 32 / (32 + 5) =

  2.2V реальное опорное.

  Измерение напряжения

  0-5 Вольт

  Простой пример, как измерить напряжение на аналоговом пине и перевести его в Вольты. Плата питается от 5V.

  Таким образом переменная voltage получает значение в Вольтах, от 0 до 5. Чуть позже мы поговорим о более точных измерениях при помощи некоторых хаков. Почему мы делим на 1024, а не на 1023 , ведь максимальное значение измерения с АЦП составляет 1023? Ответ можно найти в даташите: АЦП при преобразовании отнимает один бит, т.е. 5.0 Вольт он в принципе может измерить только как 4.995, что и получится по формуле выше: 1023 * 5 / 1024 == 4.995.. . Таким образом делить нужно на 1024.

  Сильно больше 5 Вольт

  Для измерения постоянного напряжения больше 5 Вольт нужно использовать делитель напряжения на резисторах (Википедия). Схема подключения, при которой плата питается от 12V в пин Vin и может измерять напряжение источника (например, аккумулятора): Код для перевода значения с analogRead() в Вольты с учётом делителя напряжения:

  Как выбрать/рассчитать делитель напряжения?

  • Согласно даташиту на ATmega, сумма R1 + R2 не рекомендуется больше 10 кОм для достижения наибольшей точности измерения. В то же время через делитель на 10 кОм будет течь ощутимый ток, что критично для автономных устройств (читай ниже). Если девайс работает от сети или от аккумулятора, но МК не используется в режиме сна – ставим делитель 10 кОм и не задумываемся. Также рекомендуется поставить конденсатор между GND и аналоговым пином для уменьшения помех.
  • Если девайс работает от аккумулятора и микроконтроллер “спит”: пусть аккумулятор 12V, тогда через 10 кОм делитель пойдёт ток 1.2 мА. Сам микроконтроллер в режиме сна потребляет

  1 мкА, что в тысячу раз меньше! На самом деле можно взять делитель с гораздо бОльшим суммарным сопротивлением (но не больше 20 МОм, внутреннего сопротивления самого АЦП), но обязательно поставить конденсатор на

  3.13 . Я хочу измерять литиевый аккумулятор с максимальным напряжением 12.8 Вольт. 12.8 / 3.13

  Сильно меньше 5 Вольт

  Для более точных измерений маленького напряжения можно подключить пин AREF к источнику низкого опорного напряжения (об этом было выше), чтобы “сузить” диапазон работы АЦП. Источник может быть как внешний, так и внутренний, например изменив опорное на внутреннее 1.1V ( analogReference(INTERNAL) ) можно измерять напряжение от 0 до 1.1 Вольта с точностью 1.1/1024