单片机实现ADC电压测量：硬件设计与软件编程详解

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@小白创作中心

单片机实现ADC电压测量：硬件设计与软件编程详解

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/m0_61840987/article/details/144665394

在嵌入式系统中，模拟信号的采集是非常常见的任务。模拟到数字的转换（ADC，Analog-to-Digital Conversion）能够使单片机处理来自模拟传感器的信号，如温度、压力、光强、电压等。本文将详细介绍如何基于单片机实现一个ADC电压测量系统，包括硬件设计、软件编程以及仿真测试等内容。

项目背景与目标

本项目的目标是设计并实现一个基于单片机的ADC电压测量系统。通过ADC模块将模拟电压信号转换为数字值，并显示测量结果。系统能够实时采集外部电压信号并输出测量值。

硬件设计

硬件组件

单片机：使用AT89C51（或其他具有内置ADC的单片机，如STM32、8051系列等）。
电压信号源：用于输入的模拟电压信号（例如，通过电位器或传感器提供的电压信号）。
显示模块：使用数码管或LCD显示器显示测量的电压值。
电源：为单片机及外部电路提供5V稳定电源。

硬件连接

模拟信号输入：将电压信号连接到单片机的ADC输入引脚（如AT89C51没有内置ADC时，可以通过外部ADC模块连接）。
显示输出：使用数码管或LCD屏显示数字，显示转换后的数字电压值。
电源：为单片机和外部电路提供5V电源。

软件设计

ADC原理与转换

ADC将模拟信号转换为数字信号。通常，ADC的输入电压范围是0到Vref（例如0到5V）。当模拟信号被输入到ADC时，ADC将其转换为一个数字值，范围通常为0到1023（对于10位ADC）。这个数字值与输入的模拟电压成比例，可以通过以下公式进行转换：

其中，
ADC_value
是ADC的输出数字值，
V_ref
是参考电压，通常为5V。

程序设计思路

ADC初始化：配置ADC模块（若单片机内置ADC）或外部ADC模块，设置采样时间、分辨率等参数。
电压采样：读取ADC的转换结果，得到模拟信号的数字值。
电压计算：根据ADC的数字值和参考电压计算实际的输入电压。
数据显示：将计算结果通过数码管或LCD显示器输出。

代码实现

假设使用外部ADC模块（如ADC0808或ADC0809）与AT89C51单片机进行通信，代码实现如下：

#include <reg51.h>  // 引入51单片机的寄存器定义文件
// 假设使用8位ADC，ADC输入信号连接到P1口
#define ADC_INPUT P1
// 假设ADC控制信号连接到P3口的控制引脚
#define ADC_START P3_0  // 启动转换
#define ADC_DONE  P3_1  // 转换完成标志
// 定义数码管连接（假设使用P2口）
#define SEGMENT P2
// 数码管显示0-9的7段编码
unsigned char segment_code[] = {
    0x3F,  // 0
    0x06,  // 1
    0x5B,  // 2
    0x4F,  // 3
    0x66,  // 4
    0x6D,  // 5
    0x7D,  // 6
    0x07,  // 7
    0x7F,  // 8
    0x6F   // 9
};
// 延时函数
void delay(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++) {
        for (j = 0; j < 120; j++);
    }
}
// 获取ADC转换结果
unsigned int read_ADC() {
    unsigned int adc_value;
    
    // 启动ADC转换
    ADC_START = 0;  // 拉低启动引脚，开始转换
    delay(1);       // 延时，确保转换开始
    ADC_START = 1;  // 拉高启动引脚
    
    // 等待ADC转换完成
    while (ADC_DONE == 0);  // 等待转换完成信号
    
    // 读取ADC转换结果（假设为8位）
    adc_value = ADC_INPUT;  // 将P1口的值读取到adc_value变量
    
    return adc_value;  // 返回ADC值
}
// 显示数字到数码管
void display_number(unsigned char num) {
    SEGMENT = segment_code[num];  // 将数字转换为7段显示编码
}
// 主程序
void main() {
    unsigned int adc_value;
    float voltage;
    
    while (1) {
        // 获取ADC转换结果
        adc_value = read_ADC();
        
        // 计算输入电压（假设参考电压为5V，10位ADC）
        voltage = (float)adc_value / 255 * 5.0;  // 计算电压，0-5V映射到ADC值（0-255）
        
        // 显示ADC值（这里只显示整数部分，假设显示0-9的数字）
        display_number((unsigned char)voltage);  // 显示电压的整数部分
        
        delay(500);  // 延时500ms，用于刷新显示
    }
}