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單片機(jī)如何通過ADC模塊采集模擬信號(hào)？

2019.08.16

單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口(ADC - Analog-to-Digital Converter)將外部的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，因單片機(jī)屬于數(shù)字器件，需將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)才能夠進(jìn)行處理。目前市場(chǎng)上的很多單片機(jī)都自帶ADC轉(zhuǎn)換接口，若無ADC轉(zhuǎn)換接口，可以使用ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外擴(kuò)。

ADC模塊是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化位數(shù)字信號(hào)，為用0和1表示的數(shù)字信號(hào)。對(duì)于一個(gè)12位ADC(ADC的位數(shù)表示將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后所用的二進(jìn)制位數(shù))，可儲(chǔ)存數(shù)字量范圍為：(二進(jìn)制)000000000000~111111111111，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)字范圍為0~2^12即0~4095。假設(shè)它的參考電壓是5V，也就是說把參考電壓分為2^12份即4096份，最小分辨率為VREF/4096。也就是說二進(jìn)制的000000000000代表輸入模擬量0V，而111111111111代表最大值VREF。

以上圖C8051單片機(jī)為例子。如原理圖所示，該單片機(jī)工作電源為3.3V，參考電壓為2.048V，所以模擬量的輸入范圍為0~2.048V。若所需采集的電壓范圍大于參考電壓值，可以使用電阻分壓進(jìn)行降壓或者使用運(yùn)放進(jìn)行縮小等。

該單片機(jī)ADC為12位的，也就是說輸入電壓為0時(shí)，單片機(jī)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量結(jié)果為000000000000(二進(jìn)制)，當(dāng)輸入電壓為2.048V時(shí)，單片機(jī)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量結(jié)果為111111111111(二進(jìn)制)，十進(jìn)制為4095。

也就是說，輸入電壓的值V=2.048×ADC采集到的數(shù)字量÷4095。

比如我們要采集一個(gè)0~10V范圍的模擬量電壓，那么，可以先將0~10V的電壓縮小5倍，可以使用電阻分壓，也可以采用運(yùn)放縮小等方式，然后接入單片機(jī)的ADC采樣口，可以接入上圖的P2.2口。

最后換算公式為：V= result*2.048/4095*5;其中，result為單片機(jī)采集到的數(shù)字量。

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