学习笔记|模数转换器|ADC原理|STC32G单片机视频开发教程（冲哥）|第十七集：ADC采集

1.模数转换器（ADC）是什么？

参考资料：adc模数转换器的作用。
模数转换器即A/D转换器,或简称ADC（Analog-to-digital converter）,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
模拟信号 -> 电压
数字信号 -> 0和1组成的二进制数
那我们思考下我们单片机是怎么把模拟信号转化为数字信号的呢?
原理演示视频：见B站《逐次逼近型ADC转换过程的动画演示》。
简单的总结一下ADC到底是一个什么样的原理?
如果没有超，就写1，如果超了就写0.
分别测量一下两组板子的高度，从大到小一级一级的给它比较上去
结束以后是221.

如果增加比较的位数，精度更高：

当然这个位数也不是能一直无限制的高下去，毕竟环境噪声也会对他有所千扰(精度太高吹回气就有误差了)。
一般的话12位到16位绰绰有余。这就是ADC的一个转化的一个过程，一位一位的逐次转化。

手册说明：

ADC模数转换、传统DAC实现
STC32G系列单片机内部集成了一个12位高速AD转换器。ADC的时钟频率为系统频率。分频再经过用户设置的分频系数进行再次分频(ADC的时钟频率范围为SYSclk/2/1~SYSclk/2/16）。
ADC转换结果的数据格式有两种:左对齐和右对齐。可方便用户程序进行读取和引用。
注意:ADC 的第15通道是专门测量内部 1.19V参考信号源的通道，参考信号源值出厂时校准为1.19V，由于制造误差以及测量误差，导致实际的内部参考信号源相比1.19V，大约有土1%的误差。如果用户需要知道每一颗芯片的准确内部参考信号源值，可外接精准参考信号源，然后利用ADC的第15通道进行测量标定。ADC_VRef+脚外接参考电源时，可利用ADC的第15通道可以反推ADC_VRef+脚外接参考电源的电压;如将ADC_VREF+短接到MCU-VCC，就可以反推 MCU-VCC的电压。
如果芯片有ADC 的外部参考电源管脚ADC_VRef+，则一定不能浮空，必须接外部参考电源或者直接连到VCC。
假设单片机的基准电压为2.96V,以5V为例，比较结果如下：

注意：使用ADC功能时有Vref引脚的单片机千万千万千万不能悬空，必须接外部参考电压源或者VCC!!!

2.STC32G单片机ADC使用原理

19.1.1 ADC控制寄存器（ADC_CONTR)

只有15个引脚，可以使用单片机的ADC,不是所有引脚都能使用ADC功能，只有指定的这个ADC的通道（1.19V参考），这15个才能进行ADC的一个转化。
ADC_EPWMT:使能PWM实时触发ADC功能。详情请参考16位高级PWM定时器章节，本节暂时略过，不详细探讨。
如ADC_CHS3:0写0000，就可以使用P1.0。

19.1.2 ADC配置寄存器（ADCCFG)

时钟建议选一个慢一点的时钟，设置的时间可以看{FADC=SYSclk/2/(SPEED+1)},不继续深入。实际上ADC大部分使用的情况都和时间没有太大影响。
时钟选择手册中的默认值就可以。

19.1.4ADC时序控制寄存器（ADCTIM）

一般建议均使用默认值。(注意:SMPDUTY一定不能设置小于01010B)，即从参数图上看，建议往下不要再往上走。
12位ADC的转换时间固定为12个ADC工作时钟。
一个完整的ADC转换时间为:Tsetup+Tduty+ Thold+Tconvert、如下图所示：

19.3 ADC相关计算公式

19.3.1 ADC速度计算公式本次不涉及。

19.4.1 一般精度ADC参考线路图

19.4.2高精度ADC参考线路图

两者的主要区别在于VREF的处理，高精度的ADC有独立的基准2.5V电压源。
不建议使用串口电路，易受供电电压波动影响。
建议使用：ISP下载典型应用线路图中的USB接线电路，比串口更方便，更实用。

3.编写最简单的ADC采集代码（查询&中断）

官方查询方式例程为：

P1M0= 0x00;P1M1 = 0x01; //将IO口P1.0设置为高阻状态。
可以在STC-ISP中找到相应设置，选择接口和拟设置的端口模式，自动生成代码，可以直接复制。

三个主要的寄存器配置：

ADCTIM= 0x3f;   //设置ADC内部时序  0x3f=0011 1111
ADCCFG= 0x0f;    //设置ADC时钟为系统时钟/2/16/16
ADC_POWER = 1;    //使能ADC模块

编写代码之前，需要看一下原理图（实验箱9.6_2022-12-05-SCH）上，我们的芯片ADC使用哪个引脚：

P10的引脚去获取一个ADC代码

以上节的12.IO中断为模板，复制并修改为13.ADC模拟电压采集.
\HARDWARE文件夹下新建ADC子目录，并新建adc.c和adc.h，把ADCH添加进我们的路径里。添加.h文件模板，在.c和主文件内引用。
我们把它我们的ADC也先初始化一下，添加函数声明及定义。
adc.h为：

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H#include "COMM/stc.h"			//调用头文件
#include "COMM/usb.h"//------------------------引脚定义------------------------////------------------------变量声明------------------------////------------------------函数声明-----------------------//
void ADC_Init(void); 	//ADC初始化
u16 ADC_Read(u8 no );	//ADC读取指定通道的adc电压
#endif

adc.c为：

#include "adc.h"
#include "intrins.h"//========================================================================
// 函数名称:ADC_Init
// 函数功能:ADC初始化
// 入口参数:无
// 函数返回:无
// 当前版本: VER1.0
// 修改日期: 2023
// 当前作者:
// 其他备注:
//========================================================================
void ADC_Init(void)		//ADC初始化
{P1M0 = 0x00;	//设置P1.0引脚为高阻输入，参考点亮LED章节P1M1 = 0x01;ADCTIM= 0x3f;   //设置ADC内部时序  0x3f=0011 1111ADCCFG= 0x2f;   //设置ADC为数据右对齐。时钟为系统时钟/2/16/16  0x2f=0010 1111ADC_POWER = 1;  //使能ADC模块
}//========================================================================
// 函数名称:ADC_Read
// 函数功能:读取指定通道的adc电压
// 入口参数: @no:通道0-15
// 函数返回:当前的12位adc数值
// 当前版本: VER1.0
// 修改日期: 2023
// 当前作者:
// 其他备注:
//========================================================================u16 ADC_Read(u8 no)						//读取指定通道的adc电压
{u16 adcval;							//adc数值保存变量ADC_CONTR &= 0xf0;					//清空通道，要保持它的低4位为0ADC_CONTR |= no;					//选择通道ADC_START = 1;						//开启ADC通道_nop_();_nop_();							//空操作指令，比delay远远短while(!ADC_FLAG);					//等待转换结束。ADC_FLAG:ADC转换结束标志位。当ADC完成一次转换后，硬件会自动将此位置1，并向CPU提出中断请求。ADC_FLAG = 0;						//此标志位必须软件清零。adcval = (ADC_RES << 8) + ADC_RESL;	//计算adc的数值，我们这边给它右对齐一下（最高4位恒定是0）return adcval;
}

在主函数里面，去循环的读取那个adc的数值。新建u16变量，保存adc的数值：u16 ADC_VAL; //ADC的数值
demo.c:

#include "COMM/stc.h"		//调用头文件
#include "COMM/usb.h"
#include "seg_led.h"
#include "key.h"			//调用头文件
#include "beep.h"
#include "tim0.h"
#include "exit.h"
#include "adc.h"#define MAIN_Fosc 24000000UL	//定义主时钟char *USER_DEVICEDESC = NULL;
char *USER_PRODUCTDESC = NULL;
char *USER_STCISPCMD = "@STCISP#";bit TIM_10MS_Flag;		//10ms标志位void sys_init();	//函数声明
void delay_ms(u16 ms);void Timer0_Isr(void);u16 Time_CountDown = 0;	//全局变量，文件里所有地方都可以调用 大于255定义u16void main()					//程序开始运行的入口
{u16 ADC_VAL;			//ADC的数值sys_init();				//USB功能+IO口初始化usb_init();				//usb库初始化Timer0_Init();			//定时器0初始化ADC_Init();EA = 1;					//CPU开放中断，打开总中断。while(1)		//死循环{delay_ms(2);								//让USB稳定下来
//		if( DeviceState != DEVSTATE_CONFIGURED ) 	//
//			continue;if( bUsbOutReady ){usb_OUT_done();}if(TIM_10MS_Flag == 1)   					//将需要延时的代码部分放入{TIM_10MS_Flag = 0;						//TIM_10MS_Flag 变量清空置位}ADC_VAL = ADC_Read(0);						//保存ADC的数值,使用P10,即取0printf("当前ADC数\XFD值：%d\r\n",(int)ADC_VAL); //打印ADC的数值，直接打印会出乱码，数后面需要加\XFD}
}void sys_init()		//函数定义
{WTST = 0;  //设置程序指令延时参数，赋值为0可将CPU执行指令的速度设置为最快EAXFR = 1; //扩展寄存器(XFR)访问使能CKCON = 0; //提高访问XRAM速度P0M1 = 0x00;   P0M0 = 0x00;   //设置为准双向口P1M1 = 0x00;   P1M0 = 0x00;   //设置为准双向口P2M1 = 0x00;   P2M0 = 0x00;   //设置为准双向口P3M1 = 0x00;   P3M0 = 0x00;   //设置为准双向口P4M1 = 0x00;   P4M0 = 0x00;   //设置为准双向口P5M1 = 0x00;   P5M0 = 0x00;   //设置为准双向口P6M1 = 0x00;   P6M0 = 0x00;   //设置为准双向口P7M1 = 0x00;   P7M0 = 0x00;   //设置为准双向口P3M0 = 0x00;P3M1 = 0x00;P3M0 &= ~0x03;P3M1 |= 0x03;//设置USB使用的时钟源IRC48MCR = 0x80;    //使能内部48M高速IRCwhile (!(IRC48MCR & 0x01));  //等待时钟稳定USBCLK = 0x00;	//使用CDC功能需要使用这两行，HID功能禁用这两行。USBCON = 0x90;
}void delay_ms(u16 ms)	//unsigned int
{u16 i;do{i = MAIN_Fosc/6000;while(--i);}while(--ms);
}void Timer0_Isr(void) interrupt 1 		//1ms进来执行一次，无需其他延时，重复赋值
{static timecount = 0;SEG_LED_Show();		//数码管刷新timecount++;		//1ms+1if(timecount>=10)	//如果这个变量大于等于10，说明10ms到达{timecount = 0;TIM_10MS_Flag = 1;	//10ms到了}
}

编译下载，串口持续打印0，1。
根据原理图，可以按下按键改变adc的值。按下按键，得到的打印结果与原理图一致。
这里使用的源为高精度基准电压2.5V,默认焊接R79,如图：

也可以用万用表的电压档，测量ADC的实际基准电压，红正，黑接地。

表上显示2.498伏非常的稳定，这个就是基准电压源。

再测一下ADC的数值，测量R27的电阻边上，测量得到读数与原理图可以对照。
也可以用计算器来换算一下，看看电压是否正确：

可以根据这个反推出一个(引脚上的)电源电压。
增加函数：u16 ADC_CAL_Voltage(u16 num)

u16 ADC_CAL_Voltage(u16 num)
{return num*2.5*1000/4096;
}

将读取和打印代码移入延时代码段内,实现10ms检测打印1次：

		if(TIM_10MS_Flag == 1)   					//将需要延时的代码部分放入{TIM_10MS_Flag = 0;						//TIM_10MS_Flag 变量清空置位ADC_VAL = ADC_Read(0);						//保存ADC的数值,使用P10,即取0printf("当前ADC数\xfd值：%d\t%d\r\n",(int)ADC_VAL,ADC_CAL_Voltage(ADC_VAL)); //打印ADC的数值，直接打印会出乱码，数后面需要加\XFD}}

编译，下载。不点击按钮时，显示0，按下按钮，显示256，156mv。

中断方式ADC的实现

只是多了一个EADC的这个操作：EADC=1;
我们如果需要在中断里面一直循环，那我们就一直开启。增加void ADC_Init(void)和void ADC_Isr() interrupt 5：

void ADC_Init(void)		//ADC初始化
{P1M0 = 0x00;	    //设置P1.0引脚为高阻输入，参考点亮LED章节P1M1 = 0x01;ADCTIM= 0x3f;       //设置ADC内部时序  0x3f=0011 1111ADCCFG= 0x2f;       //设置ADC为数据右对齐。时钟为系统时钟/2/16/16  0x2f=0010 1111ADC_POWER = 1;      //使能ADC模块EADC = 1;		    //开启中断模式
}void ADC_Isr() interrupt 5
{ADC_FLAG = 0;							//此标志位必须软件清零，清空读取标志位adc_val =  = (ADC_RES << 8) + ADC_RESL;	//读取adc的数值，我们这边给它右对齐一下（最高4位恒定是0）ADC_START = 1;							//开启ADC通道}

3.编写最简单的ADC采集代码

这里有一个问题，ADC_Init查询模式和中断模式都进行了定义且同名，编译会出现错误。需要采用条件编译来规避。

HARDWARE\ADC\adc.c(75): error C53: redefinition of 'ADC_Init': function already defined

引入if预编译模板：

#define ADC_CHECK  0 	    //查询
#define ADC_Isr          1 	//中断#define  ADC_Func  ADC_CHECK#if ADC_Func == ADC_CHECK
//adc查询的相关定义
#elif ADC_Func == ADC_Isr
//adc中断的相关定义
#else#endif

将模板插入adc.h，并修改：

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H#include "COMM/stc.h"			//调用头文件
#include "COMM/usb.h"#define ADC_CHECK  0 	   	 	//查询
#define ADC_Isr    1 			//中断#define  ADC_Func  ADC_CHECK	//最终选择#if ADC_Func == ADC_CHECK//adc查询的相关定义
#elif ADC_Func == ADC_Isr//adc中断的相关定义
#else#endif//------------------------引脚定义------------------------////------------------------变量声明------------------------//extern u16 adc_val;			//中断获取到的ADC数值
//------------------------函数声明-----------------------//
void ADC_Init(void); 	//ADC初始化
u16 ADC_Read(u8 no );	//ADC读取指定通道的adc电压
u16 ADC_CAL_Voltage(u16 num);#endif

adc的这个数值非常重要,比如说报警的时候，假设我们检测外部有没有着火。
当这个adc的数值非常大(假设火越大,传感器出来的电压也越大），表示外面已经着火的时候，这个时候就要立马执行灭火，要不然的话，火势一起来就已经灭不掉火了
。
编译，下载。运行时，按下按钮没有反应。
排查：先跳转到初始化，发现ADC_Init跳转到了查询代码段，实际上要用的是中断的初始化，然后我们才可以进入。
需要把头文件中的查询换成中断：#define ADC_Func ADC_Isr //编译选择
修改后的代码如下：
adc.c:

#include "adc.h"
#include "intrins.h"u16 adc_val;				//获取到的ADC数值#if ADC_Func == ADC_CHECK//adc查询的相关定义//========================================================================// 函数名称:ADC_Init// 函数功能:ADC初始化// 入口参数:无// 函数返回:无// 当前版本: VER1.0// 修改日期: 2023// 当前作者:// 其他备注://========================================================================void ADC_Init(void)		//ADC初始化{P1M0 = 0x00;	//设置P1.0引脚为高阻输入，参考点亮LED章节P1M1 = 0x01;ADCTIM= 0x3f;   //设置ADC内部时序  0x3f=0011 1111ADCCFG= 0x2f;   //设置ADC为数据右对齐。时钟为系统时钟/2/16/16  0x2f=0010 1111ADC_POWER = 1;  //使能ADC模块}//========================================================================// 函数名称:ADC_Read// 函数功能:读取指定通道的adc电压// 入口参数: @no:通道0-15// 函数返回:当前的12位adc数值// 当前版本: VER1.0// 修改日期: 2023// 当前作者:// 其他备注://========================================================================u16 ADC_Read(u8 no)						//读取指定通道的adc电压{u16 adcval;							//adc数值保存变量ADC_CONTR &= 0xf0;					//清空通道，要保持它的低4位为0ADC_CONTR |= no;					//选择通道ADC_START = 1;						//开启ADC通道_nop_();_nop_();							//空操作指令，比delay远远短while(!ADC_FLAG);					//等待转换结束。ADC_FLAG:ADC转换结束标志位。当ADC完成一次转换后，硬件会自动将此位置1，并向CPU提出中断请求。ADC_FLAG = 0;						//此标志位必须软件清零。adcval = (ADC_RES << 8) + ADC_RESL;	//计算adc的数值，我们这边给它右对齐一下（最高4位恒定是0）return adcval;}#elif ADC_Func == ADC_Isr//adc中断的相关定义//========================================================================// 函数名称:ADC_Init// 函数功能:中断的ADC初始化// 入口参数:无// 函数返回:无// 当前版本: VER1.0// 修改日期: 2023// 当前作者:// 其他备注://========================================================================void ADC_Init(void)		//ADC初始化{P1M0 = 0x00;		//设置P1.0引脚为高阻输入，参考点亮LED章节P1M1 = 0x01;ADCTIM= 0x3f;   	//设置ADC内部时序  0x3f=0011 1111ADCCFG= 0x2f;   	//设置ADC为数据右对齐。时钟为系统时钟/2/16/16  0x2f=0010 1111ADC_POWER = 1;  	//使能ADC模块EADC = 1;			//打开中断ADC_START = 1;		//开启ADC通道}//========================================================================// 函数名称:ADC_iSR// 函数功能:// 入口参数: @// 函数返回:// 当前版本: VER1.0// 修改日期: 2023// 当前作者:// 其他备注://========================================================================void ADC_iSR()interrupt 5					//这里不能使用ADC_Isr()，会与预定义“#define ADC_Isr    1  //中断 ”混淆{ADC_FLAG = 0;							//此标志位必须软件清零，清空读取标志位adc_val = (ADC_RES << 8) + ADC_RESL;	//读取adc的数值，我们这边给它右对齐一下（最高4位恒定是0）ADC_START = 1;							//开启ADC通道}#else#endif//========================================================================
// 函数名称:ADC_CAL_Voltage
// 函数功能:将ADC数值换算成电源电压
// 入口参数: @num：ADC的数值,取值范围0-4095
// 函数返回:电源电压 单位mv
// 当前版本: VER1.0
// 修改日期: 2023
// 当前作者:
// 其他备注:
//========================================================================
u16 ADC_CAL_Voltage(u16 num)
{return num*2.5*1000/4096;
}

adc.h:

#ifndef __ADC_H
#define __ADC_H#include "COMM/stc.h"			//调用头文件
#include "COMM/usb.h"#define ADC_CHECK  0 	   	 	//查询
#define ADC_Isr    1 			//中断#define  ADC_Func  ADC_Isr		//编译选择//------------------------引脚定义------------------------////------------------------变量声明------------------------//extern u16 adc_val;				//中断获取到的ADC数值
//------------------------函数声明-----------------------//
void ADC_Init(void);	//ADC初始化
u16 ADC_Read(u8 no);	//ADC读取指定通道的adc电压
u16 ADC_CAL_Voltage(u16 num);#endif

demo.c:

#include "COMM/stc.h"		//调用头文件
#include "COMM/usb.h"
#include "seg_led.h"
#include "key.h"			//调用头文件
#include "beep.h"
#include "tim0.h"
#include "exit.h"
#include "adc.h"#define MAIN_Fosc 24000000UL	//定义主时钟char *USER_DEVICEDESC = NULL;
char *USER_PRODUCTDESC = NULL;
char *USER_STCISPCMD = "@STCISP#";bit TIM_10MS_Flag;		//10ms标志位void sys_init();	//函数声明
void delay_ms(u16 ms);void Timer0_Isr(void);u16 Time_CountDown = 0;	//全局变量，文件里所有地方都可以调用 大于255定义u16void main()					//程序开始运行的入口
{//u16 ADC_VAL;			//ADC的数值sys_init();				//USB功能+IO口初始化usb_init();				//usb库初始化Timer0_Init();			//定时器0初始化ADC_Init();EA = 1;					//CPU开放中断，打开总中断。while(1)		//死循环{delay_ms(2);								//让USB稳定下来
//		if( DeviceState != DEVSTATE_CONFIGURED ) 	//
//			continue;if( bUsbOutReady ){usb_OUT_done();}if(TIM_10MS_Flag == 1)   					//将需要延时的代码部分放入{TIM_10MS_Flag = 0;						//TIM_10MS_Flag 变量清空置位//ADC_VAL = ADC_Read(0);						//保存ADC的数值,使用P10,即取0printf("当前ADC数\xfd值：%d\t%dmv\r\n",(int)adc_val,ADC_CAL_Voltage(adc_val)); //打印ADC的数值，直接打印会出乱码，数后面需要加\XFD,单位mv}}
}void sys_init()		//函数定义
{WTST = 0;  //设置程序指令延时参数，赋值为0可将CPU执行指令的速度设置为最快EAXFR = 1; //扩展寄存器(XFR)访问使能CKCON = 0; //提高访问XRAM速度P0M1 = 0x00;   P0M0 = 0x00;   //设置为准双向口P1M1 = 0x00;   P1M0 = 0x00;   //设置为准双向口P2M1 = 0x00;   P2M0 = 0x00;   //设置为准双向口P3M1 = 0x00;   P3M0 = 0x00;   //设置为准双向口P4M1 = 0x00;   P4M0 = 0x00;   //设置为准双向口P5M1 = 0x00;   P5M0 = 0x00;   //设置为准双向口P6M1 = 0x00;   P6M0 = 0x00;   //设置为准双向口P7M1 = 0x00;   P7M0 = 0x00;   //设置为准双向口P3M0 = 0x00;P3M1 = 0x00;P3M0 &= ~0x03;P3M1 |= 0x03;//设置USB使用的时钟源IRC48MCR = 0x80;    //使能内部48M高速IRCwhile (!(IRC48MCR & 0x01));  //等待时钟稳定USBCLK = 0x00;	//使用CDC功能需要使用这两行，HID功能禁用这两行。USBCON = 0x90;
}void delay_ms(u16 ms)	//unsigned int
{u16 i;do{i = MAIN_Fosc/6000;while(--i);}while(--ms);
}void Timer0_Isr(void) interrupt 1 		//1ms进来执行一次，无需其他延时，重复赋值
{static timecount = 0;SEG_LED_Show();		//数码管刷新timecount++;		//1ms+1if(timecount>=10)	//如果这个变量大于等于10，说明10ms到达{timecount = 0;TIM_10MS_Flag = 1;	//10ms到了}
}

总结

1.了解ADC的位数、引脚、基准电压、等关键名词。
2.学会ADC的原理，学会用法和电源的换算公式。

课后练习：

简易电压表：
1.用前4位数码管显示ADC的数值
2.用后四位数码管显示最终电压。
3.电压大于2.2V，蜂鸣长响，表示快要到达上限