基于構(gòu)件化的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件：利用ADC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《基于構(gòu)件化的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)—STM32微控制器》

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對(duì)嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度。

本書(shū)特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書(shū)可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員參考。：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤(pán)測(cè)控、測(cè)溫功能：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信：利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能：利用ADC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

利用ADC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

在嵌入式測(cè)控系統(tǒng)中，往往需要通過(guò)ADC（AnalogtoDigitalConverter，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）將模擬輸入量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以供MCU接收和處理。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解ADC的通用知識(shí)，包括ADC的相關(guān)概念和最簡(jiǎn)單的A/D轉(zhuǎn)換采樣電路。（2）熟悉MCU的ADC主要特性和引腳，掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（3）掌握簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的硬件電路組成和工作原理，以及利用MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行ADC應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)的方法。*（4）熟悉MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（1）轉(zhuǎn)換精度

設(shè)ADC的二進(jìn)制位數(shù)為n，則其分辨率為1/2n。例如，某一ADC是12位，若模擬輸入信號(hào)的量程為5V，則該ADC可以檢測(cè)到的模擬量變化最小值（理論上的轉(zhuǎn)換精度）為

5V/212

≈

1.22mV。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（2）轉(zhuǎn)換速度

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所要花費(fèi)的時(shí)間。（3）單端輸入與差分輸入

單端輸入：只有一個(gè)輸入引腳，使用公共地GND作為參考電平。輸入電路簡(jiǎn)單，但A/D轉(zhuǎn)換值易因受到干擾而變化。

差分輸入：兩個(gè)輸入引腳（VIN+、VIN-），ADC的采樣值是兩個(gè)輸入引腳的電平差值，從而降低了干擾。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（4）ADC參考電壓

A/D轉(zhuǎn)換需要一個(gè)參考電壓VREF。在一般要求下，ADC參考電壓使用芯片的供電電源電壓。在更為精確的要求下，ADC參考電壓使用單獨(dú)電源。（5）軟件濾波

為了使采樣的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，必須對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去掉誤差較大的數(shù)據(jù)（毛刺）?？赏ㄟ^(guò)中值濾波或均值濾波實(shí)現(xiàn)。（6）物理量回歸

在得到穩(wěn)定的A/D采樣值以后，還需要把A/D采樣值與實(shí)際物理量對(duì)應(yīng)起來(lái)。

例如，利用MCU采集室內(nèi)溫度，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值是126，實(shí)際它代表的溫度是多少？光敏電阻或熱敏電阻

例如：采樣電路任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)2、

MCU的ADC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及編程模型任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)

【知識(shí)鞏固】

（1）ADC有哪些基本概念？

（2）軟件濾波的作用是什么？任務(wù)6.2掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法6.2.1MCU的ADC主要特性和引腳

STM32F103C8T6具有兩個(gè)12位的ADC模塊：ADC1和ADC2，均具有10個(gè)外部模擬輸入通道（通道共用），采用單端輸入方式。

供電電壓VDDA為2.4~3.6V，芯片內(nèi)部已將參考電壓VREF+連接到VDDA，VREF-連接到VSSA，因此各模擬通道的輸入電壓范圍為0~VDDA。

輸入時(shí)鐘不得超過(guò)14MHz。ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間≥14個(gè)ADC時(shí)鐘周期，微妙級(jí)。6.2.2MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由adc.h頭文件和adc.c源文件組成，若要使用ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC的操作。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，adc.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而adc.c源文件則是對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉adc.h頭文件的內(nèi)容，即可使用ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)6.2掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法

【學(xué)以致用】

根據(jù)

adc.h頭文件，寫(xiě)出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。

（1）對(duì)ADC1模塊進(jìn)行初始化。

（2）獲取ADC1通道8的A/D轉(zhuǎn)換值。6.3.1

簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的硬件電路組成和工作原理任務(wù)6.3簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

MCU通過(guò)ADC對(duì)A端的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果可計(jì)算出A端對(duì)應(yīng)的電壓值：ADCresult

：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)n：ADC的位數(shù)VCC的具體電壓值可用萬(wàn)用表測(cè)量出來(lái)

【知識(shí)鞏固】

寫(xiě)出電路的工作原理。電位器10kΩ

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：通過(guò)UART使用printf函數(shù)向PC串口調(diào)試窗口輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和對(duì)應(yīng)的電壓值。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義局部變量（存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和對(duì)應(yīng)的電壓值）；

初始化（UART、ADC）；

在主循環(huán)中，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并輸出信息（A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

和對(duì)應(yīng)的電壓值）在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx6.3.2

簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)任務(wù)6.3簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，將電位器A端引腳與ADC通道引腳相連，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器的轉(zhuǎn)柄，觀察PC串口調(diào)試窗口輸出的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變化情況?！緦W(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）結(jié)合中的TM1637_LED_KB軟