如何使用N76E003微控制器ADC读取模拟电压

科技观察员 2022-08-10 5924

描述

　　模数转换器（ADC）是微控制器上最常用的硬件功能。它接收模拟电压并将其转换为数字值。由于微控制器是数字设备并且使用二进制数字 1 和 0，它不能直接处理模拟数据。因此，ADC 用于接收模拟电压并将其转换为微控制器可以理解的等效数字值。

　　在本教程中，我们将使用N76E003 微控制器单元的内置 ADC 外设，因此让我们评估此应用需要什么样的硬件设置。

　　所需组件和硬件设置

　　要在 N76E003 上使用 ADC，我们将使用使用电位计的分压器并读取 0V-5.0V 范围内的电压。电压将显示在 16x2 字符 LCD 中，如果您是 LCD 和 N76E003 的新手，您可以查看如何将 LCD 与 Nuvoton N76E003 连接。因此，该项目所需的主要组件是 16x2 字符 LCD。对于这个项目，我们将使用以下组件 -

　　字符 LCD 16x2

　　1k电阻

　　50k 电位器或微调电位器

　　几根伯格电线

　　几根连接线

　　面包板

　　更不用说，除了上述组件，我们还需要基于N76E003 微控制器的开发板以及Nu-Link 编程器。还需要一个额外的 5V 电源单元，因为 LCD 会消耗编程器无法提供的足够电流。

　　Nuvoton N76E003 读取模拟电压的电路图

N76E003

　　正如我们在示意图中看到的，端口 P0 用于与 LCD 相关的连接。在最左侧，显示了编程接口连接。电位器用作分压器，由模拟输入 0 （AN0）检测。

N76E003

　　N76E003 中有关 GPIO 和模拟引脚的信息

　　下图说明了 N76E003AT20 微控制器单元上可用的 GPIO 引脚。但是，在 20 个引脚中，对于 LCD 相关连接，使用端口 P0（P0.0、P0.1、P0.2、P0.4、P0.5、P0.6 和 P0.7）。模拟引脚以红色突出显示。

N76E003

　　正如我们所看到的，端口 P0 具有最大的模拟引脚，但这些引脚用于 LCD 相关的通信。因此，P3.0 和 P1.7 可用作模拟输入引脚 AIN1 和 AIN0。由于这个项目只需要一个模拟引脚，P1.7 是模拟输入通道 0，用于这个项目。

　　N76E003 中有关 ADC 外设的信息

　　N76E003 提供12 位 SAR ADC。N76E003的一个非常好的特点是它具有非常好的ADC分辨率。ADC在单端模式下具有8 通道输入。连接 ADC 非常简单明了。

　　第一步是选择ADC通道输入。N76E003 微控制器提供 8 通道输入。选择 ADC 输入或 I/O 引脚后，需要将所有引脚设置为代码中的方向。用于模拟输入的所有引脚都是微控制器的输入引脚，因此所有引脚都需要设置为仅输入（高阻抗）模式。这些可以使用PxM1 和 PxM2 寄存器进行设置。这两个寄存器设置 I/O 模式，其中 x 代表端口号（例如，端口 P1.0 寄存器将是 P1M1 和 P1M2，对于 P3.0 它将是 P3M1 和 P3M2 等）配置可以如下图所示 -

N76E003

　　ADC 的配置由两个寄存器ADCCON0和ADCCON1完成。ADCCON0 寄存器描述如下所示。

N76E003

　　寄存器的前 4 位从位 0 到位 3 用于设置 ADC 通道选择。由于我们使用的是通道 AIN0，因此这四个位的选择将为 0000。

　　第 6 位和第 7 位是重要的位。ADCS需要设置为 1 以启动 ADC 转换，ADCF将提供有关 ADC 转换成功的信息。它需要由固件设置为 0 以启动 ADC 转换。下一个寄存器是 ADCCON1-

N76E003

　　ADCCON1 寄存器主要用于外部触发的 ADC 转换。但是，对于正常的轮询相关操作，需要将第一位ADCEN设置为 1 以打开 ADC 电路。

　　接下来，需要在AINDIDS寄存器中控制 ADC 通道的输入，在该寄存器中可以断开数字输入。

N76E003

　　n 代表通道位（例如，AIN0 通道需要使用AINDIDS寄存器的第一位P17DIDS进行控制）。数字输入需要使能，否则读为0。这些都是ADC的基本设置。现在，清除 ADCF 并设置 ADCS，即可开始 ADC 转换。转换后的值将在以下寄存器中可用 -

N76E003

　　和

N76E003

　　两个寄存器都是 8 位的。由于 ADC 提供 12 位数据，所以 ADCRH 用作全量（8 位）而 ADCRL 用作半量（4 位）。

　　为 ADC 编程 N76E003

　　每次为特定模块编码是一项繁重的工作，因此提供了一个简单但功能强大的 LCD 库，对于与 N76E003 连接的 16x2 字符 LCD 接口非常有用。

　　请拥有该库（通过克隆或下载）并在您的Keil N76E003 项目中包含lcd.c和LCD.h文件，以便将 16x2 LCD 轻松集成到所需的应用程序或项目中。该库将提供以下有用的显示相关功能-

　　初始化液晶显示器。

　　向 LCD 发送命令。

　　写入液晶显示器。

　　在 LCD 中输入一个字符串（16 个字符）。

　　通过发送十六进制值打印字符。

　　滚动超过 16 个字符的长消息。

　　将整数直接打印到 LCD 中。

　　ADC 的编码很简单。在设置函数Enable_ADC_AIN0中；用于将ADC设置为AIN0输入。这是在文件中定义的。

　　#define Enable_ADC_AIN0 ADCCON0&=0xF0;P17_Input_Mode;AINDIDS=0x00;AINDIDS|=SET_BIT0;ADCCON1|=SET_BIT0 //P17

　　因此，上述行将引脚设置为输入并配置ADCCON0、ADCCON1寄存器以及AINDIDS寄存器。以下函数将从ADCRH和ADCRL寄存器读取 ADC，但分辨率为 12 位。

　　unsigned int ADC_read（void）{

　　clr_ADCF；

　　设置_ADCS；

　　而（ADCF == 0）；

　　adc_value = ADCRH；

　　adc_value 《《= 4;

　　adc_value |= ADCRL;

　　返回 adc_value；

　　}

　　该位左移 4 次，然后添加到数据变量中。在主要功能中，ADC 正在读取数据并直接打印在显示器上。然而，电压也使用比率或电压除以位值之间的关系进行转换。

　　一个 12 位 ADC 将在 5.0V 输入上提供 4095 位。因此除以 5.0V/4095 = 0.0012210012210012V

　　因此，1 位的位变化将等于 0.001V 的变化（大约）。这是在下面显示的主函数中完成的。

　　void main（void）{

　　int adc_data;

　　设置（）;

　　lcd_com （0x01）;

　　while（1）{

　　lcd_com （0x01）;

　　lcd_com （0x80）;

　　lcd_puts（“ADC数据：”）;

　　adc_data = ADC_read（）;

　　lcd_print_number（adc_data）;

　　电压 = adc_data * bit_to_voltage_ratio；

　　sprintf（str_voltage，“电压：%0.2fV”，电压）；

　　lcd_com（0xC0）;

　　lcd_puts（str_voltage）;

　　Timer0_Delay1ms（500）;

　　}

　　数据从位值转换为电压，并使用sprintf函数将输出转换为字符串并发送到 LCD。

　　闪烁代码和输出

　　代码返回 0 warning 和 0 Errors 并且被 Keil 使用默认的刷机方式刷机，你可以看到下面的刷机信息。如果您是 Keil 或 Nuvoton 的新手，请查看Nuvoton 微控制器入门以了解基础知识以及如何上传代码。

　　重建开始：项目：计时器

　　重建目标‘目标1’

　　组装STARTUP.A51.。.

　　编译main.c.。.

　　编译lcd.c.。.

　　编译Delay.c.。.

　　链接。..

　　程序大小：数据= 101.3 xdata=0 代码=4162

　　从“。\Objects\timer”。..“。\Objects\timer”创建十六进制文件

　　- 0 个错误，0 个警告。

　　构建时间已用：00:00:02

　　加载“G：\\n76E003\\Display\\Objects\\timer”

　　Flash 擦除完成。

　　Flash 写入完成：已编程 4162 字节。

　　Flash 验证完成：已验证 4162 字节。

　　闪存加载于 11:56:04 完成

　　下图显示了使用直流适配器连接到电源中的硬件，显示屏显示右侧电位器设置的电压输出。

N76E003

　　如果我们转动电位器，给 ADC 引脚的电压也会发生变化，我们可以注意到 LCD 上显示的 ADC 值和模拟电压。

#include "N76E003.h"
#include "SFR_Macro.h"
#include "函数定义.h"
#include "Common.h"
#include "延迟.h"
#包括“lcd.h”
#define bit_to_voltage_ratio 0.001220703125 // 5.0V 除以 4096 对于 12 位 ADC
无效设置（无效）；
无符号整数 ADC_read(void);
浮动电压；
字符str_电压[20]；
无效的主要（无效）{
int adc_data;
设置（）;
lcd_com (0x01);
而（1）{
lcd_com (0x01);
lcd_com (0x80);
lcd_puts("ADC数据：");
adc_data = ADC_read();
lcd_print_number(adc_data);
电压 = adc_data * bit_to_voltage_ratio；
sprintf（str_voltage，“电压：%0.2fV”，电压）；
lcd_com(0xC0);
lcd_puts(str_voltage);
Timer0_Delay1ms(500);
}
}
无效设置（无效）{
Set_All_GPIO_Quasi_Mode；
液晶初始化（）；
启用_ADC_AIN0；
lcd_com (0x80);
LCD_ScrollMessage("欢迎来到 CircuitDigest.com");
lcd_com (0x80);
lcd_puts("ADC 接口");
lcd_com (0xC0);
lcd_puts("使用 N76E003 单片机");
Timer3_Delay100ms(5);
}
无符号整数 ADC_read(void){
注册无符号整数 adc_value = 0x0000;
clr_ADCF；
设置_ADCS；
而（ADCF == 0）；
adc_value = ADCRH；
adc_value <<= 4;
adc_value |= ADCRL;
返回 adc_value；
}

打开APP阅读更多精彩内容