51单片机学习笔记—

一、AD转换器的分类

直接A/D转换器

并行比较型

优点：转换速度快，内含寄存器，无需附加采样-保持电路。
缺点：需要很多电压比较器和触发器，高分辨率较难制造。
反馈比较型

分为计数型和逐次比较型，计数型又称为双积分型。
其中，计数型且转换速度不高，转换时间长，但价格便宜；逐次比较型使用对分搜索法，因此转换速度要比计数型快很多。(ADC0804和XPT2046都属于逐次比较型)

间接A/D转换器

V-T(电压-时间)
V-F(电压-频率)

二、A/D转换器主要参数指标

1.分辨率

分辨率为A/D转换器对输入信号的分辨能力，其计算公式如下，其中n为A/D转换器的位数：
分辨率=12n分辨率=\frac{1}{2^{n}}分辨率=2n1
当A/D转换器支持输入负电压时，第一位代表正负，则分辨率的计算公式为：
分辨率=12n−1分辨率=\frac{1}{2^{n-1}}分辨率=2n−11
可以求得模拟电压的最小值如下，满刻度为输入的模拟电压最大值：
变化最小值=满刻度×分辨率变化最小值=满刻度\times 分辨率变化最小值=满刻度×分辨率

2.转换误差

转换误差表示A/D转换器实际输出的数字量与理论输出量的区别。分为量化误差、偏移误差和满刻度误差。其中偏移误差和满刻度误差合称为非线性误差。

3.转换精度

转换精度为实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值。对于A/D转换器而言，可以在每个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有误差。

4.转换时间

即完成一次A/D转换所需要的时间（包括稳定时间）。而转换时间的倒数为转换速率，即每秒转换的次数。

三、ADC0804

概况

ADC0804是逐次比较型A/D转换器，共有20个引脚，分辨率为8位，输入电压范围为0-5V，模数转换时间大约100us。价格便宜，应用广泛。

1.引脚详情

引脚	名称	解释
1	CS‾\overline{CS}CS	片选信号输入端，当输入低电平，表明A/D被选中
2	RD‾\overline{RD}RD	读信号输入端，低电平输出端有效
3	WR‾\overline{WR}WR	写信号输入端，低电平启用A/D转换
4	CLK	时钟信号输入端
5	INTR‾\overline{INTR}INTR	A/D转换结束信号，低电平表示转换完成
6-7	V_IN(+),V_IN(-)	两模拟信号输入端，可接收单极性，双极性和差模输入信号
8	AGND	模拟信号地
9	V_REF/2	参考电平输入端，决定量化单位
10	DGND	数字信号地
11-18	DB7-DB0	具有三态特性的数字信号输出口
19	CLKR	内部时钟发生器外接电阻端
20	V_CC(V_REF)	芯片输入电源，为5V

2.时序图

启动时序图
读取时序图

3.例程：电位器A/D转换

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;sbit dula = P2^6;     //U1锁存端
sbit wela = P2^7;      //U2锁存端
sbit adwr = P3^6;      //A/D的WR端口
sbit adrd = P3^7;      //A/D的RD端口u8 code table[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//显示0~9的值
u8 bai,shi,ge;              //用于显示AD转换后的值void AD_Init();                //A/D初始化函数
void AD_read();             //A/D读取函数
void delay(u16);            //延时函数
void display(u8,u8,u8);     //数码管显示函数void main()
{AD_Init();while(1){    AD_read();}
}void AD_Init()             //A/D初始化函数
{wela=1;P0=0x7f;              //置CS片选为0，启动ADC0804wela=0;
}void AD_read()             //A/D读取函数
{u8 i，adval;         //循环变量i,读取变量advaladwr=1;                   //WR口先为高电平_nop_();              //_nop_函数位于intrins.h头文件中，作用是延时一个机器周期的时间adwr=0;                  //延时一段时间后，WR口置低_nop_();              //又延时一段时间后adwr=1;                  //WR口拉高 ADC0804被启动//由于连续读取数据，因此CS片选不必要反复操作//由于INTR由硬件控制，因此也不需要操作for(i=10;i>0;i--)     //TX-1C实验板AID工作频率较低，所以启动转换要多留点时间用来转换display(bai,shi,ge);//把显示部分放这里的原因也是为了延长转换时间P1=0xff;             //读取P1口之前先给其写全1adrd=1;                 //先使RD拉高_nop_();                //延时一段时间adrd=0;                    //RD拉低_nop_();              //再延时一段时间adval=P1;             //AD数据读取赋给P1口adrd=1;                   //马上把RD拉高bai=adval/100;            //分出百，十和个位shi=adval% 100/10;ge=adval% 10;
}   void delay(u16 ms)                  //延时函数
{u16 i,j;for(i=ms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);
}void display(u8 bai,u8 shi,u8 ge)  //数码管显示函数
{/*百位*/dula=1;P0=table[bai];dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0x7e;wela=0;delay(5);/*十位*/dula=1;P0=table[shi];dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0x7d;wela=0;delay(5);/*个位*/dula=1;P0=table[ge]; dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0x7b;wela=0;delay(5);
}

总结：代码是在郭天祥书中摘取后加入自己的想法进行的修改，做注释，增加可读性同时使每一步与时序图相对应。但由于博主手头没有相应的硬件，无法测试代码可行性。仅帮助理解ADC0804转换的过程。

四、XPT2046

概况

XPT2046本是电阻触控屏控制器，由于触摸控制器需要测量电压，因此可以作为A/D转换器使用。采用了逐次比较型A/D转换器，共有16个引脚，分辨率为12位，输入电压范围为0-6V。

1.引脚图与控制寄存器

引脚图为QFN-16封装方式

引脚	名称	解释
1	BUSY	忙时信号线，当CS‾\overline{CS}CS为高电平时为高阻状态
2	DIN	串行数据输入端。当CS‾\overline{CS}CS为低电平时，数据在DCLK上升沿锁存进来
3	CS‾\overline{CS}CS	片选信号。控制转换时序和使能串行输入输出寄存器，高电平时ADC掉电
4	DCLK	外部时钟信号输入端
5	VCC	电源输入端
6-9	XP,YP,XN,YN	信号输入端
10	GND	接地端
11	V_BAT	电池监视输入端
12	AUX	ADC辅助输入通道
13	V_REF	参考电压输入/输出
14	IOVDD	数字电源输入端
15	PENIRQ‾\overline{PENIRQ}PENIRQ	笔接触中断引脚
16	DOUT	串行数据输出端。数据在DCLK的下降沿移出，当CS‾\overline{CS}CS高电平时为高阻状态

控制寄存器

位序号	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
位符号	S	A2	A1	A0	MODE	SERDFRSER\sqrt{DFR}SERDFR	PD1	PD0

位序号	名称	解释
7	S	开始位。S=1表示新的控制字节到来，S=0表示忽略PIN引脚数据
6-4	A2-A0	通道选择位
3	MODE	MODE=1为8位转换分辨率，MODE=0为12位转换分辨率
2	SERDFRSER\sqrt{DFR}SERDFR	SERDFRSER\sqrt{DFR}SERDFR=1为单端输入方式，SERDFRSER\sqrt{DFR}SERDFR=0为差分输入方式
1-0	PD1-PD0	低功率模式选择位，一般采用低功率模式，赋值00

注：
由于博主使用的是普中单片机开发板，且XPT2046仅作为AD转换器使用，因此仅使用单端模式，控制A0,A1,A2三个位即可，其余位较为固定。

控制位	A2	A1	A0	输入端口	外部设备
0x94/0xB4	0	0/1	1	X+	电位器
0xD4	1	0	1	Y+	热敏电阻
0xA4	0	1	0	VBAT	光敏电阻
0xE4	1	1	0	AUX	外部信号

2.时序图

3.例程：电位器A/D转换

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;/*AD转换器的IO口设置*/
sbit DOUT = P3^7;    //输出
sbit CLK  = P3^6;    //时钟
sbit DIN  = P3^4;    //输入
sbit CS   = P3^5;    //片选
/*数码管的IO口设置*/
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;u8 time;     //控制显示
u8 disp[4];     //存放数据的数组
u8 code smgduan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//数码管显示表void datapros();           //数据处理函数
u16 SPI_Read(void);         //采用SPI协议读取数据
void SPI_Write(u8 dat);     //写入数据
u16 Read_AD_Data(u8 cmd);   //读取AD
void delay(u16);            //延时函数
void DigDisplay();          //数码管显示函数void main()
{   while(1){datapros();     //数据处理函数DigDisplay();//数码管显示函数     }
}void datapros()    //数据处理函数
{u16 temp;if(time==50)                        //每隔一段时间显示一次，时间约为time循环50次{time=0;temp = Read_AD_Data(0x94);       //写入电位器端口，修改参数可以更换模式}time++;disp[0]=smgduan[temp/1000];           //千位disp[1]=smgduan[temp%1000/100];        //百位disp[2]=smgduan[temp%1000%100/10]; //十位disp[3]=smgduan[temp%1000%100%10]; //个位
}void SPI_Write(u8 dat) //使用SPI写入数据
{u8 i;CLK = 0;             //时钟信号拉低for(i=0; i<8; i++){DIN = dat >> 7;     //放置最高位，DIN为控制寄存器dat <<= 1;           //每次写入移位CLK = 0;           //时钟信号上升沿放置数据CLK = 1;}
}u16 SPI_Read(void) //使用SPI读出数据
{u8 i;u16   dat=0;CLK = 0;                //时钟信号拉低for(i=0; i<12; i++)       //接收12位数据{dat <<= 1;         //每次写入移位CLK = 1;CLK = 0;          //时钟信号下降沿读取数据dat |= DOUT;      //由DOUT接口写入数据}return dat;
}u16 Read_AD_Data(u8 cmd)   //读AD数据
{u8 i;                  //循环变量u16 AD_Value;         //存放读出的AD数据CLK = 0;                //时钟信号拉低CS  = 0;               //片选电位拉低SPI_Write(cmd);         //写数据for(i=6; i>0; i--);    //延时等待转换结果CLK = 1;             //发送一个时钟周期，清除BUSY_nop_();                //延时一个时钟周期_nop_();              //延时一个时钟周期CLK = 0;             //时钟信号拉低_nop_();                //延时一个时钟周期_nop_();              //延时一个时钟周期AD_Value=SPI_Read(); //读出模拟值CS = 1;                 //片选电位拉高return AD_Value;        //返回读出的值
}void delay(u16 i)  //延时函数 i=1延时10us
{while(i--);
}void DigDisplay()  //数码管显示函数
{u8 i,j;for(i=0;i<4;i++){switch(i)                //位选，选择点亮的数码管{case(0):LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;//显示第0位case(1):LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;//显示第1位case(2):LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;//显示第2位case(3):LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;//显示第3位   }P0=disp[3-i];         //发送数据delay(100);           //间隔一段时间扫描  P0=0x00;               //消隐}
}

总结：代码是在普中科技A/D转换例程改写的。与ADC0804不同的是，由于XPT2046功能较多，使用了控制寄存器，且对比前面的郭天祥的板子，普中的板子没有使用锁存器，所以数据要一位一位的写入/读取。