物联网技术区|| STC15单片机应用开发之外部信号采集

发布者：    布时间：2020-09-16 16:30:36    点击量：

       通过STC15W4k56S4单片机中8通道10位高速电压输入型模拟数字转换器（ADC）配置，用于温度、电池电压、距离、频谱等的检测和按键扫描。本任务实现实验板测定芯片外部光敏传感器的电压值，并通过串口发送电压值。
       具体步骤为：实验板上电后，初始化串口1和ADC；开启ADC通道0，对直流电压值进行采集；串口助手接收测量电压值，例如“2.7V”重复上述步骤。
知识引入

1. ADC转换原理

       STC15系列单片机ADC由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器( ADC RES和 ADC RESL)以及 ADC CONTR构成。
      STC15W4k56S4系列单片机ADC是逐次比较型模数转换器，由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压模拟量与内置D/A转换器输出进行比较，最终将转换结果保存在ADC转换结果寄存器中。基本原理：采用逐次比较的方式实现，即给定一个参考电压，这个电压在内部会被分成很多段（10位就是1024段，8位就是256段），将每次采集到的模拟信号的电压通过逐次比较寄存器与内部的电压段进行比较，当比较大小接近或者相等时，即将当次采样的电压值转换成了数字量了。

2. 单片机内部AD转换使用方法

       将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参考电平的比例来求得输入电平的测量值（V测=V参*（AD量化值/AD转换的最大值））。值得注意的一点就是A/D转换的输入电平必须比参考电平低或相等，不然测试的结果就会有很大的偏差。

3. 相关寄存器设置

       STC15W4k56S4单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到300KHz(30万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的P1口可继续作为IO口使用(建议只作为输入)。需作为A/D使用的口需先将P1ASF特功能寄存器中的相应位置为‘1’，将相应的口设置为模拟功能。
       本任务中STC15W4k64S4单片机ADC模数转换寄存器配置如表3-9所示：

符号	描述	地址	位地址及其符号 MSB                          LSB	复位值
P1ASF	模拟输入通道功能控制寄存器	9DH	PI7ASF|PI6ASF|PI5ASF|PI4ASF|PI3ASF|PI2ASF|PI1ASF|PI0ASF|	0000 0000B
ADC_CONTR	ADC控制寄存器	BCH	ADC_POWER|SPEED1|SPEED0|ADC_FLAG|ADC_START|CHS2|CHS1|CHS0	0000 0000B
ADC_RES	A/D转换结果寄存器	BDH	A/D转换结果寄存器	0000 0000B
ADC_RESL	A/D转换结果寄存器	BEH	A/D转换结果寄存器	0000 0000B
CLK_DIV (PCON2)	时钟分频寄存器	97H	SysCKO_S1|SysCKO_S0|ADRJ|Tx_Rx|SysClKS2|CLKS1|CLKS0	0000 0000B
IE	中断允许控制	A8H	EA | ELVD | EADC | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0	0000 0000H
IP	中断优先级控制	B8H	PPCA | PLVD | PADC | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0	0000 0000H

       模拟输入通道功能控制寄存器P1ASF不能位寻址，需采用字节操作。
       P1ASF=| 0x01；          //P1.0作为模拟输入通道
       ADC控制寄存器ADC_CONTR中，ADC_POWER为ADC电源控制位，ADC_POWER=0时。关闭ADC电源，          ADC_POWER=1时，打开ADC电源；SPEED1、SPEED0为ADC转换速度控制位，具体设置如表3-9所示。
       ADC_START为A/D转换启动控制位，ADC_START=1，开始转换，ADC_START=0，不转换，CHS2、CHS1、CHS0为模拟通道选择控制位，其选择情况如表3-10所示。

SPEED1	SPEED0	A/D转换一次所需时间
1	1	90个时钟周期
1	0	180个时钟周期
0	1	360个时钟周期
0	0	540个时钟周期

CHS2	CHS1	CHS0	模拟输入通道选择
0	0	0	选择ADC0（P1.0）作为A/D输入
0	0	1	选择ADC1（P1.1）作为A/D输入
0	1	0	选择ADC2（P1.2）作为A/D输入
0	1	1	选择ADC3（P1.3）作为A/D输入
1	0	0	选择ADC4（P1.4）作为A/D输入
1	0	1	选择ADC5（P1.5）作为A/D输入
1	1	0	选择ADC6（P1.6）作为A/D输入
1	1	1	选择ADC7（P1.7）作为A/D输入

         特殊功能寄存器ADC_RES、ADC_RESL用于保存A/D转换结果，A/D转换结果的存储格式由CLK_DIV寄存器中B5位ADRJ进行控制。
       CLK_DIV | = 0x20;     //ADC_RES和ADC_RESL存储格式为：ADC_RESL从高位//到低位依次存储ADC _RES7至ADC _RES0，ADC_RES   //的B1和B0分别存储ADC _RES9和ADC _RES8
      CLK_DIV寄存器中B5位ADRJ为默认为0时，ADC_RES从高位到低位依次存储ADC _RES9至ADC _RES2，ADC_RESL的B1和B0分别存储ADC _RES1和ADC _RES0。

4. 关键代码分析

#include <STC15.h> #include "intrins.h" #include "stdio.h"   #define FOSC 11059200 #define BAUD 9600   typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned int WORD;   #define ADC_POWER 0x80 //ADC电源控制位 #define ADC_FLAG 0x10 //ADC完成标志 #define ADC_START 0x08 //ADC起始控制位 #define ADC_SPEEDLL 0x00 //540个时钟 #define ADC_SPEEDL 0x20 //360个时钟 #define ADC_SPEEDH 0x40 //180个时钟 #define ADC_SPEEDHH 0x60 //90个时钟   void InitUart(); void SendData(BYTE dat); void Delay(WORD n); void InitADC(); void ShowResult(void);   BYTEgewei,shifen;//定义电压输出值的个位和小数点后面第一位 BYTE ch = 0; //ADC通道号 WORD adc_result;//定义10位AD采集结果值   void main() {     InitUart(); //初始化串口     InitADC(); //初始化ADC     IE = 0xa0; //使能ADC中断       while (1)       {         ShowResult(); //显示通道1         Delay(150);//延迟       } } /*---------------------------- ADC中断服务程序 ----------------------------*/ void adc_isr() interrupt 5 using 1 {     ADC_CONTR &= !ADC_FLAG; //清除ADC中断标志     adc_result=ADC_RES*256+ADC_RESL;     ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ADC_START | ch; } /*---------------------------- 初始化ADC ----------------------------*/ void InitADC() {     P1ASF = 0x01; //设置P1口为AD口     CLK_DIV |=0x20;     ADC_RES = 0; //清除结果寄存器     ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ADC_START | ch;     Delay(2); //ADC上电并延时 } /*---------------------------- 初始化串口 ----------------------------*/ void InitUart() {     SCON = 0x5a; //设置串口为8位可变波特率     TMOD = 0x20; //设置定时器1为8位自动重装载模式     AUXR = 0x40; //定时器1为1T模式     TH1 = TL1 = 0xDC; //9600 bps(256 - 11059200/32/9600)     TR1 = 1; } /*---------------------------- 发送ADC结果到PC    ,例如2.7V ----------------------------*/ void ShowResult(void) {     gewei=adc_result%1000%100/10;     shifen=adc_result%1000%100%10;     SendData(gewei+0x30); //显示个位的电压数值     SendData(0x2E); //显示小数点     SendData(shifen+0x30); //显示十分位位上的电压数值     SendData(0x56); //显示"V"     SendData(0x0d); //     SendData(0x0a); //回车 } /*---------------------------- 发送串口数据 ----------------------------*/ void SendData(BYTE dat) {     while (!TI); //等待前一个数据发送完成     TI = 0; //清除发送标志     SBUF = dat; //发送当前数据 } /*---------------------------- 软件延时 ----------------------------*/ void Delay(WORD n) {     WORD x;     while (n--)     {     x = 5000;     while (x--);     } }/*---------------------------- 软件延时 ----------------------------*/ void Delay(WORD n) {     WORD x;     while (n--)     {     x = 5000;     while (x--);     } }

 
任务实现

• 1. 将无线模块插到节点底板上，注意天线朝左。
• 2. 为节点底板通电
• 3. 使用Keil软件打开随书资源中”源代码\项目三\任务5\WZ01_CZ_A_V1.0.uvproj”，工程目录如图所示。
• 4. 在主程序main.c中编辑前面关键代码分析中的源码，完成后保存。
• 5. 依据本教材项目二中任务二的操作，进行编译选项的设置。
• 6. 点击编译按钮，成功编译后，在工程目录下output文件夹中生成了”外部信号采集实验.hex”可执行文件。
• 7. 打开STC-ISP软件，将USB-TTL下载器插上电脑（需要安装驱动），依据本教材项目二中任务三中的操作，选择下载器端口号和刚刚生成的HEX文件。
• 8. 查看运行结果
•     程序下载完毕时。打开串口助手，串口根据自己电脑上的串口接口进行调整，波特率设为9600 bit/s，串口助手“接受缓冲区”选择为“文本模式”，点击打开串口，在“接受缓冲区”可直接读取电压值。

 
任务小结
本任务主要是利用STC15W4k56S4系列单片机ADC采集电压，串口发送到计算机串口助手中显示，主要讲述了单片机ADC的基本知识及其相关寄存器的功能描述，在学习过程中重点掌握 ADC模数转换寄存器的设置及程序中的书写方式。理解关键代码分析中void InitADC()及void InitUart()函数中的代码功能。

上一篇：物联网技术区||STC15单片机应用开发之 LED灯亮度控制

下一篇：物联网技术区||传感控制器的应用之温湿度的获取