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51 单片机系统内部运算时用的全部是数字量即0 和1因此对单片机系统而言无法直接操作模拟量必须将模拟量转换成数字量。所谓数字量就是用一系列0 和1 组成的二进制代码表示某个信号大小的量。用数字量表示同一个模拟量时数字位数可以多也可以少位数越多则表示的精度越高位数越少表示的精度就越低。
ADCanalog to digital converter也称为模数转换器是指一个将模拟信号转变为数字信号。单片机在采集模拟信号时通常都需要在前端加上A/D 芯片。 AAanalog模拟的Ddigital数字的现实世界是模拟的连续分布的无法被分成有限份计算机世界是数字的离散分布的是可以被分成有限份的AD转换就是把一个物理量从模拟的转换成数字的。
AD转换中的主要概念 (1)位数AD转换后转出来的二进制数由几位二进制来表示。位数越多越细腻 (2)量程AD转换器可以接受的模拟量的范围 (3)精度简单理解就是转出来到底有多准 (4)分辨率AD转换器转出来的二进制数每一格表示多少 (5)转换速率转换时间
例输入电压范围0-5VAD转换输出位数是10精度是0.01V则量程为0-5V分辨率为(5-0)/2exp(10)0.00488V譬如一次AD转换后得到的数据是1010101010则对应的电压值为3.328V考虑精度后为3.33V 。
AD转换在系统中存在的方式 (1)CPU外部扩展专用AD芯片 (2)CPU内部集成AD模块内部外设
电池单体的电压采集芯片有一种叫AFE的Anlog Front End即是一种AD转换模块采集单体的电压转换为数字量发给MCU。
2AD转换原理图和数据手册 ET2046 AD转换模块通过AIN0/AIN1/AIN2分别连接滑线变阻器、热敏电阻、光敏电阻。与单片机连接的接口为CS使能接口低有效、CLK时钟信号、DI数据输入从单片机到AD转换模块、DO数据输出、从AD转换模块到单片机。
X、Y、VBAT 和AUX 模拟信号经过片内的控制寄存器选择后进入ADCADC 可以配置为单端或差分模式。选择VBAT和AUX 时应该配置为单端模式作为触摸屏应用时应该配置为差分模式。
单片机在对AD转换模块进行控制时控制字节由DIN 输入的控制字命令格式如下所示 Bit7为开始位为1表示一个新的控制字节到来为0则忽略PIN引脚上的数据
A2-A0为通道选择位表示选择哪个通道的输入电压进行AD转换
MODE为12/8位转换分辨率选择位为1选择8位转换分辨率为0选择12位分辨率
SER/DFR单端输入方式/差分输入方式选择为1是单端输入方式为0是差分输入方式
PD1-PD0为低功耗模式选择位若为11器件总处于供电状态若为00器件在转换之间处于低功耗模式。
单端模式时采集通道的选择如下表所示通过上述控制字节的A2-A1进行选择 选择X通道、12位分辨率、单端模式、低功耗模式的控制字节命令0b1001 0100 0x94。
AD转换模块的时序图如下所示 从时序图上可见转换模块进入工作状态时CS为低DCLK为低DIN和DOUT不用关注首先通过DIN数据线从单片机发送控制字节到AD转换模块在DCLK的上升沿AD转换模块读入数据从高到低进行读入当8位控制字节命令发送完成后转换模块进入busy状态即转换模块开始进行AD转换此时间可从数据手册获取一般程序中通过延迟一段时间来进行处理然后单片机在DOUT数据线读取转换模块发出的数据每个DCLK的下降沿转换模块会将一位数据发送到DOUT数据线上仍然是从高到低的顺序。
可见AD转换和单片机的通讯方式类似于SPI通讯。
3AD转换代码
AD采样转换代码包括单片机和AD转换模块写入命令和读取数据的底层时序代码通过串口显示采样数据代码以及main文件。
ET2046.c底层时序代码
#include ET2046.h
#include intrins.hvoid delay10us(void) //误差 0us
{unsigned char a,b;for(b1;b0;b--)for(a2;a0;a--);
}unsigned int read_AD_value(unsigned char cmd)
{unsigned char i 0;unsigned int AD_Value 0;CS 0;SCLK 0;for(i 0;i 8;i){DIN cmd 7;cmd 1; //注意将一个数据移位后再赋给本身的运算符位 SCLK 1;_nop_();SCLK 0;_nop_();}delay10us();SCLK 1; //发送一个时钟周期清除BUSY_nop_();_nop_();SCLK 0;_nop_();_nop_();for(i 0;i12;i){AD_Value 1;SCLK 1;_nop_();SCLK 0;_nop_();AD_Value | DOUT;}CS 1;return AD_Value;}ET2046.h #ifndef __ET2046_H__
#define __ET2046_H__#include reg51.hsbit SCLK P1^0;
sbit CS P1^1;sbit DIN P1^2;
sbit DOUT P1^3;unsigned int read_AD_value(unsigned char cmd);#endif
串口调试代码
#include uart.h// 串口设置为: 波特率9600、数据位8、停止位1、奇偶校验无
// 使用的晶振是11.0592MHz的注意12MHz和24MHz的不行
void uart_init(void)
{// 波特率9600SCON 0x50; // 串口工作在模式18位串口、允许接收PCON 0x00; // 波特率不加倍// 通信波特率相关的设置TMOD 0x20; // 设置T1为模式2TH1 253;TL1 253; // 8位自动重装意思就是TH1用完了之后下一个周期TL1会// 自动重装到TH1去TR1 1; // 开启T1让它开始工作
// ES 1;
// EA 1;
}// 通过串口发送1个字节出去
void uart_send_byte(unsigned char c)
{// 第1步发送一个字节SBUF c;// 第2步先确认串口发送部分没有在忙while (!TI);// 第3步软件复位TI标志位TI 0;
}void uart_send_adVal(unsigned int val)
{uart_send_byte(val8); //AD采样的数据为12位的首先左移8位串口输出高4位uart_send_byte(val); //再输出低8位
}
注意因为AD采样的数据是12位的数据串口每次只能发送8位数据需要分两次将12位数据进行发送
#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__#include reg51.hvoid uart_init(void);
void uart_send_byte(unsigned char c);
void uart_send_adVal(unsigned int val);#endifmain.c函数
#include ET2046.h
#include uart.h#define AIN0 0x94 //滑动变阻器
#define AIN1 0xd4 //热敏电阻
#define AIN2 0xa4 //光敏电阻void delay1s(void) //误差 0us
{unsigned char a,b,c;for(c167;c0;c--)for(b171;b0;b--)for(a16;a0;a--);
}void main()
{unsigned int ad_val 0;uart_init();//uart_send_adVal(0xabc); //测试代码//uart_send_byte(0x0d);//uart_send_byte(0x0a);//while(1);while(1){ad_val read_AD_value(AIN2);uart_send_adVal(ad_val);uart_send_byte(0); //发送数据0区分每次采样数值delay1s(); //如何实现在串口调试助手中发送一次采样数据后换行}}
思考上述代码中main函数是通过while不断采样和发送AD转换的数据如何通过中断来采样和发送AD转换数据
4AD转换代码-直接在串口显示电压值
串口助手中看到的数据以16进制显示或以对应字符形式来显示因此在显示AD转换的电压时不直观为了直观显示采集到的电压值通过对采集到的电压值根据ASCii表对每一个十进制数转化为对应的数字符号如下图所示入药显示电压值中的数字5只需要发送548的十进制数在串口助手中就可以看到对应的符号5。 代码如下 5DA转换
待完善
