51单片机——ADC讲解（A/D转换、D/A转换）

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51单片机——A/D转换

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前言

A/D转换模块是单片机的高功能模块，用于对模拟信号进行数字转换，本文以STC8H8K64U单片机为例（原理与其他51单片机并无差别），该单片机A/D模块为16通道12位。本文主要摘录STC丁向荣《单片机微机原理与接口技术》。

A/D转换模块的结构

STC8H的这个单片机A/D转换模块输入通道有16个（通道越多，同时可以接收的模拟量就越多），分别为ADC0——ADC15，其中ADC15用于测试内部1.19V基准电压，工作时，各个输入通道都工作在高阻状态。

关于位数：12位是用于精度，位数越多，精度越高，以5v电压为例，当一位时，只能分成两份，2.5v以上是1，2.5v以下为0，当两位时，可以分成4份，也就是1.25v，2.5v，3.75v，5v为分界，提高了精度，以此类推。

该单片机A/D转换模块由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、12位数字模拟转换器(D/A转换模块)、A/D转换结果寄存器、A/D转换模块控制寄存器以及A/D转换模块配置寄存器构成。

A/D转换模块的分类

按转化原理分类：逐次逼近型、双积分型、并行/串行比较型、压频转换型等
按转化速度分类：超高速<=1ns、高速<=20us、中速<=1ms、低速<=1s。
按转化位数分类：8、12、14、16。

目前主要有逐次比较型转换器（最常用的）和双积分型转换器，故接下来主要讲解逐次比较型转换器。

逐次比较型转换器

逐次比较型模拟数字转换器根据逐次比较的逻辑，从最高位（MSB）开始，逐次对每一个输入的电压模拟量与内部D/A转换器输出进行比较，多次比较之后，使得转换得到的数字量逼近输入模拟量对应值，直到A/D转换结束。

下图为逐次比较型转换器原理图

A/D转换模块的参考电压源

该A/D转换模块的电源与单片机电源是同一个，但A/D模块有独立的参考电压源输入端。
当测量精度要求不高时，可以直接使用单片机的工作电压，高精度时使用精准的参考电压。

A/D转换模块的控制

A/D转换模块主要由ADC_CONTR、ADCCFG、ADC_RES、ADC_RESL和A/D转换模块时序控制寄存器ADCTIM以及控制A/D转换的有关中断的控制寄存器进行控制和管理。

由于寄存器标志位等过多，此处仅列举较为重要的个别寄存器。

/****************测量AD值*************************/
uint	Get_ADC12bitResult(uchar channel)	//channel = 0~15
{
	ADC_RES = 0;	//将转换结果寄存器清0
	ADC_RESL = 0;

	ADC_CONTR = (ADC_CONTR & 0xe0) | 0x40 | channel; 	//启动ADC
	_nop_();  	_nop_(); 	_nop_();	_nop_();//第一次开始的时候需要等待电路稳定

	while((ADC_CONTR & 0x20) == 0)	;	//等待ADC完成
	ADC_CONTR &= ~0x20;		//清除ADC结束标志
	return	(((uint)ADC_RES << 8) | ADC_RESL );
}

此代码中出现的寄存器有ADC_CONTR，ADC_RES,ADC_RESL。
其中ADC_RES和ADC_RESL共同作为存储结果寄存器，RES是高8位，RESL是低8位。

ADC_CONTER各位如下图：

B7是A/D模块的电源控制位，1打开，0关闭。
B6是A/D转换启动控制位，1时启动转换，转换完成后自动清0，为0时无影响（当A/D转换模块启动之后，即使写0也无法停止）
B5是完成标志位，完成转换后置1，需要手动清0。

主要：启动A/D转换前一定保证A/D转换模块电源已打开，A/D转换结束后关闭A/D转换模块电源可以降低能耗。初次打开时需要适当延时，等内部电路稳定后再启动A/D转换。

A/D转换模块转换结果选择

A/D转换模块转换结束后，结果保存到ADC_RES和ADC_RESL中（因为是12位，一个寄存器8位，所以需要两个寄存器拼起来存储结果），但是有两种存储格式，由ADCFG中的RESFMT控制。
RESFMT=0时，结果左对齐，右边空余位自动为0。
RESFMT=1时，结果右对齐，左边空余位自动为0。