《基于构件化的嵌入式系统设计》 课件 项目6 利用ADC设计简易数字电压表

嵌入式系统设计

为了实现嵌入式系统设计的可移植和可复用，嵌入式硬件和嵌入式软件均采用构件化的设计思想，即对嵌入式硬件和嵌入式软件进行封装，供系统设计者调用，并倡导嵌入式软件分层设计的理念，以大幅度降低嵌入式技术学习难度和开发难度。

本书特色：项目任务驱动，突出学以致用，注重实践创新。每个项目且均采用了“通用知识”→“嵌入式构件设计”→“应用层程序设计”→“学以致用与创新”的学习流程。采用“搭积木”的思想，逐步提高嵌入式系统设计能力。

本书可作为高等学校电子信息类、计算机类、自动化类等专业的嵌入式系统设计教材，也可作为嵌入式技术培训教材，还可供从事嵌入式技术开发的工程技术人员参考。项目1：GPIO基础应用—实现闪灯和开关状态检测与控制功能项目2：利用定时中断实现频闪灯项目3：GPIO和定时器的综合应用—实现数码管显示、键盘测控、测温功能项目4：利用UART实现上位机和下位机的通信项目5：利用Timer实现PWM和输入捕获功能项目6：利用ADC设计简易数字电压表项目7：利用

SPI

实现多机串行通信项目8：利用

CAN

实现多机通信教

材

内

容

项目6利用ADC设计简易数字电压表【项目导读】

在嵌入式测控系统中，往往需要通过ADC（AnalogtoDigitalConverter，模/数转换器）将模拟输入量转换为数字量，以供MCU接收和处理。

【学习目标】（1）理解ADC的通用知识，包括ADC的相关概念和最简单的A/D转换采样电路。（2）熟悉MCU的ADC主要特性和引脚，掌握MCU的ADC底层驱动构件的使用方法。（3）掌握简易数字电压表的硬件电路组成和工作原理，以及利用MCU的ADC底层驱动构件头文件进行ADC应用层程序设计的方法。*（4）熟悉MCU的ADC底层驱动构件源文件的设计方法。任务6.1理解ADC的通用知识1、

ADC的相关概念（1）转换精度

设ADC的二进制位数为n，则其分辨率为1/2n。例如，某一ADC是12位，若模拟输入信号的量程为5V，则该ADC可以检测到的模拟量变化最小值（理论上的转换精度）为

5V/212

≈

1.22mV。任务6.1理解ADC的通用知识1、

ADC的相关概念（2）转换速度

完成一次A/D转换所要花费的时间。（3）单端输入与差分输入

单端输入：只有一个输入引脚，使用公共地GND作为参考电平。输入电路简单，但A/D转换值易因受到干扰而变化。

差分输入：两个输入引脚（VIN+、VIN-），ADC的采样值是两个输入引脚的电平差值，从而降低了干扰。任务6.1理解ADC的通用知识1、

ADC的相关概念（4）ADC参考电压

A/D转换需要一个参考电压VREF。在一般要求下，ADC参考电压使用芯片的供电电源电压。在更为精确的要求下，ADC参考电压使用单独电源。（5）软件滤波

为了使采样的数据更准确，必须对采样的数据进行筛选，去掉误差较大的数据（毛刺）。可通过中值滤波或均值滤波实现。（6）物理量回归

在得到稳定的A/D采样值以后，还需要把A/D采样值与实际物理量对应起来。

例如，利用MCU采集室内温度，经A/D转换后的数值是126，实际它代表的温度是多少？光敏电阻或热敏电阻

例如：采样电路任务6.1理解ADC的通用知识2、

MCU的ADC内部结构及编程模型任务6.1理解ADC的通用知识

【知识巩固】

（1）ADC有哪些基本概念？

（2）软件滤波的作用是什么？任务6.2掌握MCU的ADC底层驱动构件使用方法6.2.1MCU的ADC主要特性和引脚

STM32F103C8T6具有两个12位的ADC模块：ADC1和ADC2，均具有10个外部模拟输入通道（通道共用），采用单端输入方式。

供电电压VDDA为2.4~3.6V，芯片内部已将参考电压VREF+连接到VDDA，VREF-连接到VSSA，因此各模拟通道的输入电压范围为0~VDDA。

输入时钟不得超过14MHz。ADC转换时间≥14个ADC时钟周期，微妙级。6.2.2MCU的ADC底层驱动构件的组成及使用方法

ADC底层驱动构件由adc.h头文件和adc.c源文件组成，若要使用ADC底层驱动构件，只需将这两个文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底层驱动构件）文件夹中，即可实现对ADC的操作。见工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，adc.h头文件主要包括相关头文件的包含、一些必要的宏定义、对外接口函数的声明，而adc.c源文件则是对外接口函数的具体实现，初学者不必深究。

用户只要熟悉adc.h头文件的内容，即可使用ADC底层驱动构件进行编程。任务6.2掌握MCU的ADC底层驱动构件使用方法

【学以致用】

根据

adc.h头文件，写出实现下列功能的函数调用语句。

（1）对ADC1模块进行初始化。

（2）获取ADC1通道8的A/D转换值。6.3.1

简易数字电压表的硬件电路组成和工作原理任务6.3简易数字电压表的设计

MCU通过ADC对A端的模拟电压进行A/D转换，根据A/D转换结果可计算出A端对应的电压值：ADCresult

：A/D转换结果对应的十进制数n：ADC的位数VCC的具体电压值可用万用表测量出来

【知识巩固】

写出电路的工作原理。电位器10kΩ

在嵌入式软件最小系统框架下，设计07_Source（应用层软件构件）的文件，以实现：通过UART使用printf函数向PC串口调试窗口输出A/D转换结果和对应的电压值。1）工程总头文件includes.h：

包含04、05、06文件夹中的头文件2）主程序源文件main.c：

定义局部变量（存放A/D转换结果和对应的电压值）；

初始化（UART、ADC）；

在主循环中，启动A/D转换，并输出信息（A/D转换结果

和对应的电压值）在工程文件中分析代码并编程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx6.3.2

简易数字电压表的应用层程序设计任务6.3简易数字电压表的设计

系统测试时，将电位器A端引脚与ADC通道引脚相连，转动电位器的转柄，观察PC串口调试窗口输出的A/D转换结果变化情况。【学以致用与创新】

（1）结合项目3中的TM1637_LED_KB软