网站底部公司是什么样的,社区网站开发,优化算法分类,wordpress截图51单片机模数转换ADC原理与代码一
1.概述
这篇文章是模数转换的入门文章#xff0c;这篇文章主要介绍模数的概念、原理、核心指标、专业术语#xff0c;以及一个模数转换的实例代码实现检测电位器的数值变化。
2.ADC介绍
2.1.ADC概念
ADC(Analog-to-Digital Converter)是…51单片机模数转换ADC原理与代码一
1.概述
这篇文章是模数转换的入门文章这篇文章主要介绍模数的概念、原理、核心指标、专业术语以及一个模数转换的实例代码实现检测电位器的数值变化。
2.ADC介绍
2.1.ADC概念
ADC(Analog-to-Digital Converter)是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。
Analog: 直接翻译过来就是模拟也就是说是模拟信号这里我们就要了解一个概念了什么是模拟信号其实并不难理解模拟信号就是将电路模拟成信号电信号有电压、电流等因素等等 Digital直接翻译过来就是数字的也就是数字信号那我们又要了解一个概念了什么是数字信号其实它比模拟信号还要容易理解将电路的信号模拟成数字信号通常情况下高电平就表示1低电平就表示0 Converter当我们了解了前面两个概念之后您或许有一些似懂非懂的意思了那么这翻译过来就是模拟信号转变成数字信号呗没错就是这样我们通过相应的采集装置采集到的值为电压的大小此时我们就需要用到我们的模数转换来将它转换成数字信号了。
2.2.ADC指标
ADC有一些核心的性能指标这些指标为我们选择ADC模块提供了参考主要的指标如下。 输出位数 AD采集共有2n个刻度也就是说如果一个8位的AD它最终输出的数值是在0~255之间的值。 分辨率 对输入信号变化的敏感度用ADC转换器输出位数来表示例如输出位数位8位输出量的变化范围是0~255当参考电压为5V转换器对输入模拟电压的分辨率计算公式为 5V / 255 18.6mV 转换速度 完成一次AC转换所需要花费的时钟周期的倒数也就是1个周期内可以完成多少次AD转换 参考电压 通过参考电压计算分辨率
2.3.ADC寄存器
ADC寄存器介绍
这里没有介绍ADC内部工作原理是因为我们侧重点是偏向实操操作ADC实现模数转换在真实的场景应用它完成一些工作而不是研究他的原理因此这里不介绍过多的理论知识。 了解了ADC概念和指标之后就有了一个初步的认识再了解ADC寄存器就可以操作ADC了。ADC寄存器的设置因型号不同而有差异要查看实际型号对应的说明书。任何型号的AD转换器只是寄存器设计有点差异操作方式都是一样的因此掌握了一款型号就可以操作其他型号。 这里主要以STC12C2052AD型号的说明书做讲解。 上图中是ADC转换器内部结构图下面详细介绍下ADC_CONTR Register 寄存器各个位如何配置。 ADC_POWER: 是单片机开启ADC 电源控制位0关闭ADC 电源1打开A/D转换器电源
1.建议进入空闲模式和掉电模式前将ADC电源关闭可降低功耗。
2.启动A/D转换前一定要确认A/D电源已打开A/D转换结束后关闭A/D电源可降低功耗也可不关闭。
3.初次打开内部A/D转换模拟电源需适当延时等内部模拟电源稳定后再启动A/D转换。SPEED1SPEED0 用来控制单片机ADC的转换速度
SPEED1SPEED0ADC时钟周期N个时钟转换1次001080018101054011270
ADC_FLAG: 转换标志位每次当AD转换结束完成后这个位就会自动置1需要手动将这一位重新置0。
ADC_START: 转换启动位每当手动将其置1后AD转换开始当AD转换结束后这个位就会自动置0。
CHS2/CHS1/CHS0 选择采集信号输入端口
CHS2CHS1CHS0ADC输入通道000ADC0(P1^0)001ADC0(P1^1)010ADC0(P1^2)011ADC0(P1^3)100ADC0(P1^4)101ADC0(P1^5)110ADC0(P1^6)111ADC0(P1^7)
P1M0、P1M1 设置单片机P1的IO口状态P1口如果要作为AD使用需要将它设置为高阻或者开漏模式。
P1M0P1M1I/O 口模式00准双向口(传统8051 IO口模式弱上拉)灌电流可达20mA拉电流为270uA由于制造误差实际为270uA~150uA01推挽输出(强上拉输出可达20mA要加限流电阻)10高阻输入电流既不能流入也不能流出11开漏(Open Drain)内部上拉电阻断开。开漏模式既可读外部状态也可对外输出(高电平或低电平)。如要正确读外部状态或需要对外输出高电平需外加上拉电阻否则读不到外部状态也对外输不出高电平。
中断允许寄存器IE 该寄存器用来控制单片机的各种中断。在此只介绍与ADC相关的寄存位。 EA: CPU中断开放标志 EA的作用是使中断允许形成多级控制。即各中断源首先受EA控制;其次还受各中断源自己的中断允许控制位控制。 EA1CPU开放中断 EA0CPU屏蔽所有中断申请。
EADC_SPI : A/D转换中断允许位和SPI中断允许位 EADC_SPI的作用就是用来控制AD转换的开启与停止。 EADC_SPI1允许A/D转换中断和SPI中断 EADC_SPI0禁止A/D转换中断和SPI中断。
ADC寄存器配置
上面把ADC寄存器所有的内容都介绍完了了解了他们的作用可能在代码中还是不会配置因此这里专门介绍下如何使用寄存器。 ADC_CONTR Register 寄存器共有8个位是按位寻址将其转换成对应的十六进制数就可以按位设置。 下面举几个例子介绍使用方法其他的参数配置方法都相同。
ADC_START设置 含义转换启动位每当手动将其置1后AD转换开始当AD转换结束后这个位就会自动置0。 开启转换ADC_START在寄存器中从右向左数是第四位对应十六进制就是 0x08,转换为二进制就是 0000 1000 第四位为1表示开启转换 ADC_POWER: 含义是单片机开启ADC 电源控制位0关闭ADC 电源1打开A/D转换器电源 开启ADC电源ADC_POWER在寄存器中从右向左数是第八位对应十六进制就是 0x80,转换为二进制就是 1000 0000 第八位为1表示开启ADC电源 3.ADC代码
ADC代码比较简单可以分装到函数中使用的时候直接调用函数即可。ADC转换代码分装成两个函数
ADC初始化函数 设置采集信号输入端口例如P1.0采集数据。设置采集速度启动ADC电源 ADC读取输出数据函数 ADC转换开始检测转换是否结束将转换标志位置0输出转换数据
初始化ADC函数
在main函数中调用adcInit(0,ADC_SPEEDH,0x01,0x00); ADC初始化函数工作流程如下
ADC_CONTR | (inIOnum 0x07); 传入0设置P1.0引脚为数据采集ADC_CONTR speed; 传入ADC_SPEEDH设置中高转换速度P1M0 p1m0; 传入0X01设置P1.0引脚为高阻状态ADC_CONTR | ADC_POWER; 开启ADC转换电源
/*定义ADC寄存器*/
#define ADC_POWER 0x80 //ADC 电源打开
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC 打开转换标志位
#define ADC_START 0x08 //ADC 开始转换
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //420 设置低速转换
#define ADC_SPEEDL 0x20 //280 设置低中速转换
#define ADC_SPEEDH 0x40 //140 设置中高速转换
#define ADC_SPEEDHH 0x60 //70 设置低高速转换/*
函数名8位A/D转换初始化函数
参 数
inDate:采集数据端口0000 0XXX 其中XXX是设置输入端口号可用十进制0~7表示0表示P1.07表示P1.7
speed: 设置转换速度
ioMode:设置IO口模式P1口如果要作为AD使用需要将它设置为高阻或者开漏模式。
返回值无
功 能开启ADC功能并设置ADC的输入端口
备 注适用于STC12C2052AD系列单片机必须使用STC12C2052AD.h头文件
*/
void adcInit (unsigned char inIOnum, unsigned char speed, unsigned char p1m0, unsigned char p1m1){ADC_CONTR | (inIOnum 0x07); //选择A/D当前输入信号的通道,当前选择是P1.0(P1.0~P1.7),选择ADC的8个接口中的一个0000 0111 清0高5位ADC_CONTR speed; //ADC转换的速度0XX0 0000 其中XX控制速度请根据数据手册设置P1M0 p1m0;P1M1 p1m1; // 设置IO口模式P1口如果要作为AD使用需要将它设置为高阻或者开漏模式。 _nop_();ADC_CONTR | ADC_POWER; //启动A/D电源DELAY_MS(1); //使输入电压达到稳定1ms即可
}获取ADC转换结果
/*
函数名8位A/D转换函数
参 数无
返回值8位的ADC数据
结 果读出指定ADC接口的A/D转换值并返回数值
备 注适用于STC12C2052AD系列单片机必须使用STC12C2052AD.h头文件
*/
unsigned char getADCResult (){ADC_CONTR | ADC_START; //启动A/D转换0000 1000 令ADCS 1_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while (!(ADC_CONTR ADC_FLAG));//等待转换完成ADC_FLAG为0x10转换完成ADC_CONTR ~ADC_FLAG; //1111 0111 清ADC_FLAG位, 关闭A/D转换, return ADC_DATA; //返回A/D转换结果8位
}main调用ADC
void main(){// 调用ADC初始化函数adcInit(0,ADC_SPEEDH,0x01,0x00);while(1){// 获取ADC转换结果m getADCResult ();printChar(5,1,m/1000x30);//1011 0101printChar(6,1,m/10%100x30);//1011 0101printChar(7,1,m%100x30);//1011 0101}
}1602显示屏展示ADC转换效果
在51单片机4线并发IO口控制1602LCD实验上加入上面的ADC代码通过调整电位器在1602显示屏上显示转换的数值。
硬件电路 按照下图接线有两点需要改动
P1.0~P1.3 线不用接电位器1脚接GND2脚接P1.03脚接VCC
代码
#include STC12C2052AD.H
#include string.h
#include intrins.h //51基本运算包括_nop_空函数
typedef unsigned char uint8;
// 定义引脚
#define LCD1602_DB4_DB7 P1 // 定义高4位LCD1602的数据总线
sbit LCD1602_RS P3 ^ 2; // 定义LCD1602的RS控制线
sbit LCD1602_RW P3 ^ 3; // 定义LCD1602的RW控制线
sbit LCD1602_E P3 ^ 4; // 定义LCD1602的E控制线
sbit LCD1602_Busy P1 ^ 7; // 定义LCD1602的测忙线与LCD1602_DB4_DB7关联// 定义指令集
/*设置显示模式*/
#define LCD_MODE_PIN8 0x38 // 8位数据线两行显示
#define LCD_MODE_PIN4 0x28 // 4位数据线两个显示
#define LCD_SCREEN_CLR 0x01 // 清屏
#define LCD_CURSOR_RET 0x02 // 光标复位
#define LCD_CURSOR_RIGHT 0x06 // 光标右移显示不移动
#define LCD_CURSOR_LEFT 0x04 // 光标左移显示不移动
#define LCD_DIS_MODE_LEFT 0x07 // AC自增画面左移
#define LCD_DIS_MODE_RIGHT 0X05 // AC自增画面右移/*光标开关控制*/
#define LCD_DIS_CUR_BLK_ON 0x0f // 显示开光标开光标闪烁
#define LCD_DIS_CUR_ON 0x0e // 显示开光标开光标不闪烁
#define LCD_DIS_ON 0x0c // 显示开光标关光标不闪烁
#define LCD_DIS_OFF 0x08 // 显示关光标关光标不闪烁/*光标、显示移动*/
#define LCD_CUR_MOVE_LEFT 0x10 // 光标左移
#define LCD_CUR_MOVE_RIGHT 0x14 // 光标右移
#define LCD_DIS_MOVE_LEFT 0x18 // 显示左移
#define LCD_DIS_MOVE_RIGHT 0x1c // 显示右移/*定义ADC寄存器*/
#define ADC_POWER 0x80 //ADC 电源打开
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC 打开转换标志位
#define ADC_START 0x08 //ADC 开始转换
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //420 设置低速转换
#define ADC_SPEEDL 0x20 //280 设置低中速转换
#define ADC_SPEEDH 0x40 //140 设置中高速转换
#define ADC_SPEEDHH 0x60 //70 设置低高速转换void DELAY_MS (unsigned int a){unsigned int i;while( --a ! 0){for(i 0; i 600; i);}
}/**
LCD1602忙碌状态不会接收新指令因此在发送新指令前先检测是否忙碌。
判断LCD1602_Busy变量的值为低电平则为不忙。
*/
void LCD1602_TestBusy(void){LCD1602_DB4_DB7 0xf0; //高4位IO口设置为1低4位IO口保持原态LCD1602_RS 0; // 指令状态LCD1602_RW 1; // 读状态LCD1602_E 1;while(LCD1602_Busy); //读取LCD1602_Busy(P1.7)为低电平则结束循环LCD1602_E 0; // 关闭LCD显示器读指令
}/********************************************************************************************
// 写指令程序 //
// 向LCD1602写命令 本函数需要1个指令集的入口参数 //
/********************************************************************************************/
void LCD1602_WriteCMD(uint8 LCD1602_command) { LCD1602_TestBusy();LCD1602_RS 0;LCD1602_RW 0;//输入的命令高4位赋值给LCD1602_DB4_DB7LCD1602_DB4_DB7 LCD1602_command;DELAY_MS(1);LCD1602_E 1;LCD1602_E 0;//将命令低4位移到高四位供IO口读取LCD1602_DB4_DB7 LCD1602_command 4;DELAY_MS(1);LCD1602_E 1;LCD1602_E 0;
}
/********************************************************************************************
// 写数据程序 //
// 向LCD1602写数据 //
/********************************************************************************************/
void LCD1602_WriteData(uint8 LCD1602_data){ LCD1602_TestBusy();LCD1602_RS 1;LCD1602_RW 0;//写入高4位数据LCD1602_DB4_DB7 LCD1602_data;DELAY_MS(1);LCD1602_E 1;LCD1602_E 0;//将低4位数据移到高4位IO口写入LCD1602_DB4_DB7 LCD1602_data 4;DELAY_MS(1);LCD1602_E 1;LCD1602_E 0;
}// LCD1602初始化
void LCD1602_Init(void){// 设置4线并行口LCD1602_WriteCMD(LCD_MODE_PIN4); // 显示模式设置显示2行每个字符为5*7个像素LCD1602_WriteCMD(LCD_DIS_ON); // 显示开及光标设置显示开光标关LCD1602_WriteCMD(LCD_CURSOR_RIGHT); //显示光标移动设置文字不动光标右移LCD1602_WriteCMD(LCD_SCREEN_CLR); // 显示清屏
}/*
输出字符串
x数据地址
y输出的行位置第一行和第二行
str输入字符串
*/
void printStr(uint8 x, uint8 y, uint8 *str){if(0 y){LCD1602_WriteCMD(0x80 | x);}else{// 第二行起始位置是0x40LCD1602_WriteCMD(0x80 | (0x40x));}while(*str ! \0){LCD1602_WriteData(*str);}}/*
打印单字符程序 //
第一行位置 0x00~0x17 第二行位置 0x40~0x57
向LCM发送一个字符,以十六进制0x00表示
应用举例print(0xc0,0x30); //在第二行第一位处打印字符“0”
*/
void printChar(uint8 x, uint8 y, uint8 c){if(0 y){LCD1602_WriteCMD(0x80 | x);}else{// 第二行起始位置是0x40LCD1602_WriteCMD(0x80 | (0x40x));}LCD1602_WriteData(c);
}/*
函数名8位A/D转换初始化函数
参 数
inDate:采集数据端口0000 0XXX 其中XXX是设置输入端口号可用十进制0~7表示0表示P1.07表示P1.7
speed: 设置转换速度
ioMode:设置IO口模式P1口如果要作为AD使用需要将它设置为高阻或者开漏模式。
返回值无
功 能开启ADC功能并设置ADC的输入端口
备 注适用于STC12C2052AD系列单片机必须使用STC12C2052AD.h头文件
*/
void adcInit (unsigned char inIOnum, unsigned char speed, unsigned char p1m0, unsigned char p1m1){ADC_CONTR | (inIOnum 0x07); //选择A/D当前输入信号的通道,当前选择是P1.0(P1.0~P1.7),选择ADC的8个接口中的一个0000 0111 清0高5位ADC_CONTR speed; //ADC转换的速度0XX0 0000 其中XX控制速度请根据数据手册设置P1M0 p1m0;P1M1 p1m1; // 设置IO口模式P1口如果要作为AD使用需要将它设置为高阻或者开漏模式。 _nop_();ADC_CONTR | ADC_POWER; //启动A/D电源DELAY_MS(1); //使输入电压达到稳定1ms即可
}/*
函数名8位A/D转换函数
调 用? Read ();
参 数无
返回值8位的ADC数据
结 果读出指定ADC接口的A/D转换值并返回数值
备 注适用于STC12C2052AD系列单片机必须使用STC12C2052AD.h头文件
*/
unsigned char getADCResult (){ADC_CONTR | ADC_START; //启动A/D转换0000 1000 令ADCS 1_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while (!(ADC_CONTR ADC_FLAG));//等待转换完成ADC_FLAG为0x10转换完成ADC_CONTR ~ADC_FLAG; //1111 0111 清ADC_FLAG位, 关闭A/D转换, return ADC_DATA; //返回A/D转换结果8位
}void main(){unsigned char m;unsigned char code str[] Hello LCD 1602;unsigned char code str1[] ABC;LCD1602_Init();printStr(0,0,str);printStr(0,1,str1);adcInit(0,ADC_SPEEDH,0x01,0x00);while(1){m getADCResult ();printChar(5,1,m/1000x30);//1011 0101printChar(6,1,m/10%100x30);//1011 0101printChar(7,1,m%100x30);//1011 0101}
}
