51单片机完全学习——AD转换

一、AD转换中的一些概念

位数，AD转换后转出来的二进制由几位二进制数来表示。位数越多，越细腻。
量程：AD转换器可以接受的模拟量的范围
精度：简单理解就是转出来到底有多准
分辨力：AD转换器转出来的二进制数，每一格表示多少
转换速率：转换时间，精度越高，转换速率越慢

二、如何实现AD转换

由于51单片机内部并没有AD转换的相关模块，因此使用外接外部芯片的方式，来进行AD转换的操作，我们使用的是XPT2046这个芯片来做的，这个芯片使用的是SPI的接口，主要有4根线来进行通讯：DCLK：外部时钟信号输入 CS：片选信号，低电平时芯片使能。DIN：串行数据输入端，当CS为低电平时，数据在DCLK的上升沿锁存。DOUT：串行数据输出端，数据在DCLK的下降沿移出，当CS为高电平时为高阻态。

ET2046的控制字：bit7：始终为1， bit6-4：决定采用的是那一路（AIN0, AIN1, AIN2, AIN3）

|------|------|---------|
| AIN0 | X+ | 011/001 |
| AIN1 | Y+ | 101 |
| AIN2 | VBAT | 010 |
| AIN3 | AUX | 110 |
[bit6-4]

bit3：设置采样位数，0表示12bit， 1表示8bit

bit2：1表示用的单端模式，0表示用差分模式

bit1-0：power down模式使能，00表示使能，也就是在转换期间处于低功耗模式

三、AD转换时序分析及程序实现

有了时序图我们只需要按照时序图进行编程就行，需要注意的是这个通信无论是发送还是接收都是高位在前，低位在后。在发送数据的时候，一定要将数据放好，然后在产生上升沿，这样就可以了。在接收数据的时候，先产生下降沿然后再去读取数据，这样就好了。你可以将整个时序写成一个函数，也可以将这个时序拆分成几个不同的函数来实现。这两种方法在本质上没有区别，在这里我演示后面一种方法。需要注意的是，我这里没有去检测BUSY线的状态，而是给他足够的一段延时，保证他一定可以完成AD转换。下面就是具体的函数实现

cpp 复制代码

void delay15us(void)   //误差 0us
{
    unsigned char a;
    for(a=6;a>0;a--);
}

void spi_write(uchar cmd)
{
	uchar i = 0;
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DIN = (cmd >> 7);
		_nop_();
		cmd <<= 1;
		DCLK = 1;
		_nop_();
		DCLK = 0;
		_nop_();
	}
}

uint spi_read(void)
{
	uint date = 0;
	uchar i = 0;
	for (i=0; i<12; i++)
	{
		DCLK = 1;
		_nop_();
		DCLK = 0;
		_nop_();
		 
		date <<= 1;
		date |= DOUT;
		_nop_();
	}
	return date;
}


//0-3分别是AIN0-AIN3，分表表示电位器，热敏电阻，光敏电阻，外部输入
//我这里都采用的是12位的AD转换
uint ad_convert(uchar cmd)
{
	uchar i = 0, addr[4] = {0x94, 0xd4, 0xa4, 0xe4};
	uint date = 0;
	DCLK = 0;
	_nop_();
	CS = 0;
	_nop_();
	spi_write(addr[cmd]);
	delay15us();
	date = spi_read();
	CS = 1;
	return date;
}

针对上面的函数，其实你只需要使用最后一个就可以了，前面的函数都会在这个函数里面调用，需要注意的是，最后这个函数的输出量是采集到的12位的AD输出，还没有进行电压值的转换。如果需要电压值，需要进一步进行计算。下面来写一个函数，进行计算，并在串口打印出来，我这里的串口打印直接打印的是字符，而不是HEX编码。对于程序里面的一些端口的定义，宏定义，函数声明等我就没有写在里面，自己补充就可以了。

cpp 复制代码

//在AD转换中通过串口以字符形式发送转换到的电压值
//temp是12位转换到的AD值
//这里我只保留了小数点后3位
void uart_send_ad(uint temp)
{
	  float date = 0;
	  uchar i = 0, dat[4] = 0;
	  date = ((temp + 0.0) / 4096) * 5;
		temp = date * 1000;
		for (i=0; i<4; i++)
		{
			dat[i] = (temp % 10) + '0';
			
			temp /= 10;
		}
	  for (i=0; i<4; i++)
		{
			uart_send_byte(dat[3-i]);
			if (i == 0)
			{
				uart_send_byte('.');
			}
		}
}