单片机：实现ADC电压测量（附带源码）

单片机：实现ADC电压测量（附带源码）

引用

CSDN

1.

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

单片机实现ADC电压测量设计

1.项目背景与目标

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。在许多应用中，我们需要对输入的电压信号进行采样和处理，从而进行后续的控制或显示。

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。

2.硬件设计

2.1硬件组件

1. 单片机：使用AT89C51（或其他具有内置ADC的单片机，如STM32、8051系列等）。
2. 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）。
3. 显示模块：使用数码管或LCD显示器显示测量的电压值。
4. 电源：为单片机及外部电路提供5V稳定电源。

2.2硬件连接

1. 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）。
2. 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。
3. 电源：为单片机和外部电路提供5V电源。

3.软件设计

3.1ADC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。

3.2程序设计思路

1. 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。
2. 电压采样：读取ADC的转换结果，得到模拟信号的数字值。
3. 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。
4. 数据显示：将计算结果通过数码管或LCD显示器输出。

3.3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
    }
}

3.4代码解释

1. ADC读取：

• 使用
  read_ADC()
  函数启动外部ADC转换，并等待转换完成。转换完成后，读取ADC的数字值。假设使用的是8位的ADC（如ADC0808），所以返回值范围是0-255。
• 在启动ADC转换时，首先将
  ADC_START
  信号拉低，等待1ms后再拉高，启动转换。等待
  ADC_DONE
  信号为高，表示转换完成。

2. 电压计算：

• 假设ADC的参考电压为5V，根据ADC的返回值计算输入电压。公式为：
• 其中，
  ADC_value
  为ADC转换后的值，最大为255（对于8位ADC），计算得到的
  V_in
  为实际电压值。

3. 显示电压值：

• 使用
  display_number()
  函数显示电压值的整数部分。假设显示使用的是数码管，
  segment_code[]
  数组存储了数字0-9的7段显示编码。

4. 延时函数：

• delay()
  函数用于产生延时，控制数码管刷新频率。

4.仿真与测试

4.1电路设计

1. 在Proteus中创建一个新项目，选择AT89C51单片机。
2. 添加ADC模块（如ADC0808），并将其输入连接到一个模拟信号源（如电位器或电压源）。
3. 添加数码管，并连接到单片机的P2口，用于显示数字。
4. 添加控制信号（
   ADC_START
   和
   ADC_DONE
   ）到P3口，用于控制ADC转换。
5. 为单片机提供5V电源。

4.2仿真步骤

1. 将编写好的代码上传到Proteus仿真环境中。
2. 运行仿真，调整电压源的电压，观察数码管显示的电压值是否随输入电压变化而变化。

5.总结

本项目实现了一个基于单片机的ADC电压测量系统，能够将外部模拟电压信号转换为数字信号并显示出来。通过外部ADC模块或内置ADC模块，我们可以方便地采集模拟信号并进行处理。此系统适用于需要对电压进行实时监控和测量的嵌入式应用，如电池电压监测、传感器数据采集等。