PIC单片机进阶实战（六）：4-20mA/0-5V/0-10V数据采集

csg11072026-02-14 18:51

在智慧农业、工业控制等实际项目中，PIC16F1947 成为我近年来高频使用的核心芯片。其丰富的外设与双串口设计，非常适合构建多通道通信与控制系统。本次我将以一款实际投产数年的控制板为例，详解其电流互感器（5A/10A）数据采集。

该控制板集成了以下8大功能，覆盖多数物联网与工控场景：

1、6路继电器输出；

2、2路DC24V或12V直流电机正反转控制；

3、1路4G模块数据收发；

4、1路LORA无线数据收发或RS485数据收发；

5、2路无源开关量输入；

6、1路电流互感器（5A/10A）数据采集；

7、1路数模转换（数字量转4-20mA/0-5V/0-10V）;

8、1路模数转换（4-20mA/0-5V/0-10V转数字量）。

一、 4-20mA/0-5V/0-10V**采集硬件电路：**

上图J2是4-20mA/0-5V/0-10V输入，为了电流电压输入通用，R22、R23是分压电阻，如果是4-20mA 输入，可采用图中的阻值，如果是0-5V或0-10V，R22、R23阻值最好都大于1K，不至于电流过大，可以自己计算两个阻值，保证VIN+输入在2V以内就可以， U4是18位A/D芯片MCP3421，VIN+、VIN-用作差分输入时可以到18位精度，VIN-接GND时可以到17位精度，R20、R21是两个10K上拉电阻，通过设置MCP3421寄存器可使参考电压为2.048V。

二、例程：

以下是采集示例（PIC16F1947采用16M主频），具体程序如下：

#include<pic16f1947.h>

__CONFIG(0x007c); //内部时钟16M

__CONFIG(0x1010); //内部时钟16M

复制代码 
unsigned char dres_485=1,sec_5s=0,half_sec=0 ,flag_rev=0,flag_rev2=0,leijia_tnt2，elecl，elech,elechh;
复制代码 
unsigned int  time_tnt,time_tnt2,sec_05s,rev_rnt=0,rev_rnt2=0,tran_rnt=0,tran_rnt2=0,sec_1s=0;
复制代码
复制代码 
unsigned char eeprom_e2[30]; //EEPROM缓存
复制代码 
unsigned long result_3421[30];
复制代码 
unsigned char trans[50];
复制代码 
unsigned char reciv[200]; //串口1接收缓存
复制代码 
unsigned char reciv2[200]; //串口2接收缓存
复制代码
复制代码 
#define SDA  RE3    //电流采集数据I/O
复制代码 
#define SCL  RE2   //电流采集时钟I/O
复制代码 
#define byte unsigned char
复制代码 
void delay(unsigned int v)
复制代码 
{
复制代码 
  while(v!=0)v--;
复制代码 
}
复制代码 
void somenop(void)
复制代码 
{
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
               asm("nop");
复制代码 
              
复制代码 
}
复制代码 
 void I2CStart(void)
复制代码 
 {
复制代码 
  TRISE3=0;
复制代码 
  SDA=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SDA=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
 }
复制代码 
  
复制代码 
  void I2CStop(void)
复制代码 
  {
复制代码 
  SCL=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SDA=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SDA=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
//  TRISC6=1;
复制代码 
  }
复制代码 
  
复制代码 
void  WaitAck(void)
复制代码 
  {
复制代码 
  unsigned char i=20;
复制代码 
               TRISE3=1;
复制代码 
   SDA=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=1;
复制代码 
/* lpp:    if(SDA==0)
复制代码 
               {
复制代码 
                               rc_flag=64;
复制代码 
               }
复制代码 
               else
复制代码 
               {
复制代码 
                               SCL=0;
复制代码 
        somenop();
复制代码 
                               somenop();
复制代码 
        SCL=1;
复制代码 
                               somenop();
复制代码 
        SCL=0;
复制代码 
                               goto lpp;
复制代码 
               } */
复制代码 
  while(i--){
复制代码 
            if(SDA==1)
复制代码 
                    {
复制代码 
                    SCL=0;
复制代码 
                    somenop();
复制代码 
                                                                            somenop();
复制代码 
                    SCL=1;
复制代码 
                    }
复制代码 
            else
复制代码 
                goto loop;
复制代码 
              
复制代码 
            }
复制代码 
loop:
复制代码 
  SCL=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
               TRISE3=0;
复制代码 
  return;
复制代码 
  
复制代码 
  
复制代码 
  }
复制代码 
  
复制代码 
void SendAck(void)
复制代码 
{
复制代码 
SDA=0;
复制代码 
somenop();
复制代码 
SCL=1;
复制代码 
somenop();
复制代码 
somenop();
复制代码 
SCL=0;
复制代码 
somenop();
复制代码 
  
复制代码 
}
复制代码 
  
复制代码 
void SendNotAck(void)
复制代码 
{
复制代码 
 SDA=1;
复制代码 
   somenop();
复制代码 
SCL=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  
复制代码 
}
复制代码 
  
复制代码 
void I2CSendbyte(byte ch)
复制代码 
{
复制代码 
 unsigned char i=8;
复制代码 
 TRISE3=0;
复制代码 
 while(i--)
复制代码 
    {
复制代码 
     SCL=0;
复制代码 
     somenop();
复制代码 
     if((ch&0x80)!=0)
复制代码 
               {
复制代码 
                               SDA=1;
复制代码 
               }
复制代码 
               else SDA=0;
复制代码 
     ch<<=1;
复制代码 
     somenop();
复制代码 
     SCL=1;
复制代码 
     somenop();
复制代码 
     somenop();
复制代码 
    }
复制代码 
   SCL=0;
复制代码 
   somenop();
复制代码 
}
复制代码 
  
复制代码 
byte I2CRecebyte(void)
复制代码 
{
复制代码
复制代码 
 unsigned char i=8;
复制代码 
 byte ddata=0;
复制代码 
 TRISE3=1;
复制代码 
// SDA=1;
复制代码 
 while(i--){
复制代码 
  ddata<<=1;
复制代码 
  SCL=0;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  SCL=1;
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  somenop();
复制代码 
  ddata|=SDA;
复制代码 
 }
复制代码 
 SCL=0;
复制代码 
 somenop();
复制代码 
 TRISE3=0;
复制代码 
 return ddata;
复制代码 
}
复制代码 
  
复制代码 
void WRITE_MCP3421(unsigned char wr_data)
复制代码 
{
复制代码 
 I2CStart();
复制代码 
 I2CSendbyte(0xd0);
复制代码 
 WaitAck();
复制代码 
 I2CSendbyte(wr_data);
复制代码 
 WaitAck();
复制代码 
 I2CStop();
复制代码 
  
复制代码 
}
复制代码 
  
复制代码 
 void READ_MCP3421(void)
复制代码 
 {
复制代码 
I2CStart();
复制代码 
 I2CSendbyte(0xd1);
复制代码 
  WaitAck();
复制代码 
  elechh=I2CRecebyte();
复制代码 
  SendAck();
复制代码 
  elech=I2CRecebyte();
复制代码 
  SendAck();
复制代码 
  elecl=I2CRecebyte();
复制代码 
  SendAck();
复制代码 
  mcp_busy=I2CRecebyte();
复制代码 
 SendNotAck();
复制代码 
  I2CStop();
复制代码 
 }
复制代码
复制代码 
void interrupt isr(void)
复制代码 
{
复制代码 
               if(TMR1IF)
复制代码 
               {
复制代码 
                               TMR1L=0xbf;
复制代码 
                               TMR1H=0xf9;
复制代码 
                               sec_05s+=1;
复制代码 
                               sec_1s+=1;
复制代码 
                               if(sec_05s>624) //0.5s
复制代码 
                               {
复制代码 
                                              half_sec+=1;
复制代码 
                                              sec_5s+=1;
复制代码 
                                             
复制代码 
                                             
复制代码
复制代码 
                                              sec_05s=0;
复制代码 
                               }
复制代码 
                              
复制代码 
                              
复制代码 
                               TMR1IF=0;
复制代码 
                              
复制代码 
              
复制代码 
               }
复制代码 
              
复制代码 
              
复制代码
复制代码 
}
复制代码 
void main()
复制代码 
{
复制代码 
               unsigned int i,j;
复制代码 
               unsigned char tmp;
复制代码 
               ANSELF=0;
复制代码 
               ANSELG=0;
复制代码 
//             ADCON0=0;
复制代码 
               TRISC=0x80;
复制代码 
               TRISB=0x87;
复制代码 
               OPTION_REG&=0X7F;
复制代码 
               WPUB7=1;
复制代码 
               TRISD=0x00;
复制代码 
               TRISE=0x00;
复制代码 
               TRISF=0x00;
复制代码 
              
复制代码 
               TRISG=0x0c;
复制代码 
//             TRISG=0x00;
复制代码
复制代码 
               PORTC=0x38;
复制代码 
               PORTD=0x00;
复制代码 
               PORTE=0x00;
复制代码 
               PORTF=0x00;
复制代码 
               PORTG=0x00;
复制代码 
//             OSCCON=0x0;
复制代码 
               OSCSTAT=0xa0;
复制代码 
               OSCCON=0x78; //内部时钟16M
复制代码 
//             OSCCON=0xf0; //32M
复制代码 
//             OSCSTAT=0xf0;//32M
复制代码 
               PIE1=0x21;
复制代码 
               INTCON=0x00;
复制代码 
               T1CON=0x70;
复制代码 
               TMR1IF=0;
复制代码 
               TMR1L=0xbf; //0.8ms
复制代码 
               TMR1H=0xf9;
复制代码 
               TMR1IE=1;
复制代码 
               T1CON=0x71;
复制代码
复制代码 
PEIE=1;
复制代码 
GIE=1;
复制代码 
while(1)
复制代码 
               {
复制代码 
                               asm("clrwdt");
复制代码 
                              
复制代码 
                               if(sec_5s>3) //2秒采集一次
复制代码 
                                              {
复制代码 
          WRITE_MCP3421(0x8c);  //设置17位A/D，参考电压2.048V
复制代码 
                                                                            delay(10);
复制代码 
                                                                            READ_MCP3421();
复制代码 
    result_3421[1]=elechh;
复制代码 
                                                                            result_3421[1]<<=8;
复制代码 
                                                                            result_3421[1]|=elech;
复制代码 
                                                                            result_3421[1]<<=8;
复制代码 
                                                                            result_3421[1]|=elecl;
复制代码 
    //根据采集数据计算电流或电压
复制代码 
}
复制代码 
                              
复制代码 
                              
复制代码 
               }
复制代码 
}
三、本系列文章规划

《PIC单片机进阶实战》系列共六篇，后续将逐步展开以下内容：

|----|-------------------|---------------------------|
| 序号 | 主题 | 内容概要 |
| 1 | UART 通信 | 双串口配置、波特率转换、数据透传 |
| 2 | 4G 模块数据收发 | AT指令控制、4G模块数据透传 |
| 3 | 电流互感器数据采集 | 5A、10A电流采集 |
| 4 | 数模转换 | 12位模拟量输出4-20mA/0-5V/0-10V |
| 5 | 输入输出 | 开关量输入、控制继电器与直流电机 |
| 6 | 模数转换 | 4-20mA/0-5V/0-10V模拟量采集 |

附：《 PIC 单片机入门实战》共 8 篇文章与《 PIC 单片机进阶实战》共 6 篇文章内容来源于我自己画的电路原理图及程序，有对 PIC 单片机感兴趣想学习的朋友可以关注我，免费赠送资料（包括原理图、数据手册、各种例程等）。

有需要这两款控制板的朋友也可以关注联系我。

后续干货不断，咱们一起在单片机的世界里，共同进步。

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