PIC16F877A单片机 （ADC）

1 基本原理

1.1 ADC基本原理

根据微芯的ADC手册，ADC可以分为单端ADC和差分ADC。

1.1.1 单端ADC

单端ADC的输出范围是[0,2^n-1]。

根据标黄的这句话，就可以得知，如果电压高于参考电压，ADC的输出结果仍然为全1，如果电压低于0V，ADC的输出结果为全零。

1.1.2 差分ADC

差分ADC的输出范围一般为[-2 ^ (n-1) , 2^(n-1)-1]。编码一般采用补码，最高位表示符号位。

视频教程链接

1.2 PIC16F877A单片机的ADC模式

2 实现原码

/*---------------------------------函数功能：-------------------------------------

 将模拟输入变成数字输出AD的转换以及AD转换完成后产生一个AD中断

 RA0为模拟电压输入，RD口为AD量化输出

 编程思路：参考手册的P131  To do an A/D Conversion, follow these steps

----------------------------------------------------------------------------*/

#include// 调用PIC16f87XA单片机的头文件

//#include"delay.h"//调用延时子函数的头文件

__CONFIG(0xFF32);//芯片配置字，看门狗关，上电延时开，掉电检测关，低压编程关

//__CONFIG(HS&WDTDIS&LVPDIS);

/*-----------宏定义--------------*/

#define  uint  unsigned int

#define  uchar unsigned char

uint  ADbuf=0; // 缓存AD转换结果

/*-----------子函数声明--------------*/

/*-----------主函数--------------*/

void main()

{

// The corresponding data direction register is TRISA. 

// Setting  a TRISA bit (= 1) will make the corresponding PORTA pi an input. 

// Clearing a TRISA bit (= 0) will make the corresponding PORTA pin an output.

// 解释为什么需要TRISA0=1？ After the A/D module has been configured as desired, 

// the selected channel must be acquired before the conversion is started. 

// The analog input channels must have their corresponding TRIS bits selected as inputs. 

TRISA0=1; // RA0口为输入口，电压输入口

TRISE0=0; // AD中断对应的LED灯的数据方向为输出

// 用来显示AD转换结果（10bit，对应10个LED）

TRISC7=0;

TRISC6=0;

TRISD=0x00;

// 1 = Port pin is > VIH，即高电平  ;  0 = Port pin is < VIL，即低电平

RA0=0; // 要不要这行语句没有影响，因为该端口是输入端口

RE0=0; // LED灯的初值为灭

// AD转换结果（10bit）对应的led灯初值为灭

RC7=0;

RC6=0;

RD=0x00;

while(1) // 死循环，单片机初始化后，就一直运行这个死循环

{

/****************AD初始化****************/

// The ADCON1 register, configures the functions of the port pins.

//ADCON1=0x0e; //RA0为AD输入口.   ADFM=1,转换后数据右移

//下面几条语句等价于上面一条语句

ADFM=1; // AD Result Format Select bit.  0 = Left justified.  1 = Right justified

ADCS2=0; // AD Conversion Clock Select bit. // ADCS1=0; ADCS0=1;(ADCON0配置这两位)   FOSC/8

PCFG3=1;PCFG2=1;PCFG1=1;PCFG0=0; //AD Port Configuration Control bits.  1110 D D D D D D D A

//ADIE=0; //禁止AD中断

//AD中断使能

ADIE=1;

ADIF=0; // Clear ADIF bit 

PEIE=1; // 允许外设中断

GIE=1; // 总中断允许

/******************启动一次AD转换*******************/

// The ADCON0 register, controls the operation of the A/D module.

//ADCON0=0x01;//选择AN0通道准备AD转换，启动AD模块

//下面几条语句等价于上面一条语句

ADCS1=0;ADCS0=0; // AD Conversion Clock Select bits    FOSC/8

CHS2=0;CHS1=0;CHS0=0; // Analog Channel Select bits。  000 = Channel 0 (AN0)   

  GO_DONE=0; // AD Conversion Status bit。为什么叫用GO_DONE看一下pic.h头文件，该文件在HT-PICinclude目录下  

ADON=1; //模数转换器使能位。 1 = A/D converter module is powered up

asm("NOP"); //延时，让模拟电压稳定

asm("NOP");

asm("NOP");

asm("NOP");

asm("NOP");

// When ADON = 1时，GO_DONE=1: AD conversion in progress set this bit（GO_DONE=1）, starts the AD conversion. 

// it is automatically cleared by hardware when the AD conversion is complete

GO_DONE=1; //开始进行AD转换   GO/DONE: A/D Conversion Status bit

while(GO_DONE) continue;//等待AD转换结束，AD转换完成后，GO_DONE自动由1变成0

// The conversion of an analog input signal results in a corresponding 10-bit digital number. 

// The ADRESH（高8位）:ADRESL（低8位） registers contain the 10-bit result of the AD conversion.

// When the AD conversion is complete, the result is loaded into this AD Result register pair, 

// the GO/DONE bit is cleared and the A/D interrupt flag bit ADIF is set

ADbuf=ADRESH*256+ADRESL;//转换结果一共有10bit。由于2^10为1024，所以这是一个4位数  0-1023

//ADbuf=ADRESL;

// 将一个4位数用10位的LED灯显示出来  RC7 RC6 RD7...RD0

RC7= ADbuf/512;

RC6=(ADbuf-RC7*512)/256;

RD7=(ADbuf-RC7*512-RC6*256)/128;

RD6=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128)/64;

RD5=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128-RD6*64)/32;

RD4=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128-RD6*64-RD5*32)/16;

RD3=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128-RD6*64-RD5*32-RD4*16)/8;

RD2=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128-RD6*64-RD5*32-RD4*16-RD3*8)/4;

RD1=(ADbuf-RC7*512-RC6*256-RD7*128-RD6*64-RD5*32-RD4*16-RD3*8-RD2*4)/2;

RD0= ADbuf%2;

}

}

/*************中断服务程序***************/

void interrupt ISR(void)//PIC单片机的所有中断都是这样一个入口

{

// When the AD conversion is complete, the A/D interrupt flag bit ADIF is set. 

if(ADIF==1) // 需要进一步判断是否为外部中断的溢出中断标志位    

{

// The interrupt flag bit(s) must be cleared in software before 

// re-enabling interrupts to avoid recursive interrupts

//溢出中断标志位清零     如果ADIF出现上升沿，则产生中断，所以中断发生之后要清零。

ADIF=0;

// 执行中断处理程序，执行中断产生时想要执行的功能

RE0=1; // 外部中断发生时，LED灯亮

}

}

3 protues仿真结果

特别要注意ADFM位的选择，左对齐还是右对齐。这会影响ADbuf=ADRESH*256+ADRESL;这条语句对不对。

4 一般的ADC的首位都是符号位，为什么PIC单片机没有符号位，如何解释？

以下结论仅适用于单端ADC。

如上图所示，这是在PIC16F1513的数据手册找到的模拟信号到数字信号的转化图。根据芯片手册可知，该芯片的ADC转换结果一共有10bit。

从这幅图可以看出，最大值为3FFh（0011_1111_1111），最小值为00h。也就是说，如果有符号位，那么符号位肯定在这10bit内。现在看VREF-（负参考电压）这里，它的转换结果为00h。它最小可以接地，即0V，如下图所示。结论：如果电压小于0V，那么相当于会当成0V来被量化，AD量化结果还是为00h。

下面这几幅图是PIC16F877a的AD转换仿真图，这款芯片的转化结果也是10bit，所设置的VREF+（正参考电压）为VDD（+5v），负参考电压为地（0V）。

结论：PIC单片机的ADC转换机理应该是这样的，小于负参考电压的模拟输入电压的量化结果为全0，大于正参考电压的模拟输入电压的量化结果为全1。