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51单片机AD模数转换,使用SPI通信方式

yund56 2025-06-10 06:07 10 浏览

一、AD/DA介绍

AD(AnalogtoDigital):模拟-数字转换,将模拟信号转换为计算机可操作的数字信号,DA (Digital to Analog) :数字-模拟转换,将计算机输出的数字信号转换为模拟信号
AD/DA转换打开了计算机与模拟信号的大门,极大的提高了计算机系统的应用范围,也为模拟信号数字化处理提供了可能。

二、硬件电路模型

AD转换通常有多个输入通道,用多路选择开关连接至AD转换器,以实现AD多路复用的目的,提高硬件利用率;AD/DA与单片机数据传送可使用并口(速度快、 原理简单),也可使用串口(接线少、使用方便);可将AD/DA模块直接集成在单片机内,这样直接写入/读出寄存器就可进行AD/DA转换, 单片机的I0口可直接复用为AD/DA的通道 。

三、AD/DA原理待定学习

四、XPT2046

AD/DA性能指标

指AD/DA数字 量的精细程度,通常用位数表示。例如,对于5V电源系统来说, 8位的AD可将5V等分为256份,即数字量变化最小-个单位时,模拟量变化5V/256=0.01953125V,所以,8位AD的电压分辨率为0.01953125V, AD/DA的位数越高, 分辨率 就越高。
转换速度: 表示AD/DA的最大采样/建立频率,通常用转换频率或者转换时间来表示,对于采样/输出高速信号,应注意AD/DA的转换速度。
可将AD/DA模块直接集成在单片机内,这样直接写入/读出寄存器就可进行AD/DA转换, 单片机的I0口可直接复用为AD/DA的通道 。

XPT2046时序,采用SPI方式通信

DIN——MISO——主设备输入、从设备输出

DOUT——MOSI——主设备输出,从设备输入

起始位——第一位,即 S 位。控制字的首位必须是 1,即 S= 1。在 XPT2046 的 DIN 引脚检测到起始位前,所有的输入将被忽略。

地址——接下来的 3 位( A2、 A1 和 A0)选择多路选择器的现行通道(见表 3、表 4 和图 6),触摸屏驱动和参考源输入。

MODE——模式选择位,用于设置 ADC 的分辨率。 MODE= 0,下一次的转换将是 12 位模式;MODE= 1,下一次的转换将是 8 位模式。

SER/ DFR位控制参考源模式,选择单端模式( SER/DFR = 1),或者差分模式( SER/DFR = 0)。在X坐标、 Y坐标和触摸压力测量中,为达到最佳性能,首选差分工作模式。参考电压来自开关驱动器的电压。在单端模式下,转换器的参考电压固定为VREF相对于GND引脚的电压(更详细的说明,见表 3 和表 4,图 5 和图 8)。采用单端模式时,X- Y-接地。

PD0 和 PD1——表 5 展示了掉电和内部参考电压配置的关系。 ADC 的内部参考电压可以单独关闭或者打开,但是,在转换前,需要额外的时间让内部参考电压稳定到最终稳定值;如果内部参考源处于掉电状态,还要确保有足够的唤醒时间。 ADC 要求是即时使用,无唤醒时间的。另外还得注意,当 BUSY 是高电平的时候,内部参考源禁止进入掉电模式。 XPT2046 的通道改变后,如果要关闭参考源,则要重新对 XPT2046 写入命令。即PD1为1是内部参考电压2.5V,,PD1为0是外部参考电压VREF。

五、代码

/*---------------------------------------------------------------------*/
/* --- 公众号: 我爱单片机 ----------------------------------------------*/
/* --- Web: www.52dpj.com --------------------------------------------*/
/* --- QQ:  1256711178 -------------------------------------------------*/
/*---------------------------------------------------------------------*/
#include <REGX52.H>

// 引脚定义
sbit XPT2046_CS = P3 ^ 5;
sbit XPT2046_DCLK = P3 ^ 6;
sbit XPT2046_DIN = P3 ^ 4;
sbit XPT2046_DOUT = P3 ^ 7;

/**
 * @brief ZPT2046读取AD值
 * @param Command 命令字,范围:头文件内定义的宏,结尾的数字表示转换的位数
 * @retval AD转换后的数字量,范围:8位为0~255,12位为0~4095
 */
unsigned int XTP2046_ReadAD(unsigned char Command) // 指令包括选择的通道,分辨率8、12位,参考电压,单端模式
{
    unsigned int ADVAlue = 0;
    unsigned char i;
    XPT2046_DCLK = 0;
    XPT2046_CS = 0;

    for (i = 0; i < 8; i++) // 发送指令
    {
        XPT2046_DIN = Command & (0x80 >> i); // 高位在前,先发送高位
        XPT2046_DCLK = 1;
        XPT2046_DCLK = 0;
    }
    for (i = 0; i < 16; i++) // 读取AD数据
    {
        XPT2046_DCLK = 1;
        XPT2046_DCLK = 0;
        if (XPT2046_DOUT)
        {
            ADVAlue |= (0x8000 >> i);
        } // 高位在前,一共读16位,但只有前12位有效,后四位用0填充
    }
    XPT2046_CS = 1;
    if (Command & 0x08) // 根据模式选择8位还是12位
    {
        return ADVAlue >> 8; // 当8位时,读取到的数据是高八位,因此要往后移8位才是真实数据
    }
    else
    {
        return ADVAlue >> 4; // 当12位时,有效数据是12位,后四位都是无效数据,因此往后移4位是真实数据
    }
}

main.c

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Delay.h"
#include "XPT2046.h"

unsigned int ADVAlue;

void main()
{
    LCD_Init();
    LCD_ShowString(1, 1, "ADJ NTC RG");
    while (1)
    {
        ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_XP_8);   // 读取AIN0,可调电阻
        LCD_ShowNum(2, 1, ADVAlue, 4);            // 显示AIN0
        ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_YP_8);   // 读取AIN1,热敏电阻
        LCD_ShowNum(2, 6, ADVAlue, 4);            // 显示AIN1
        ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_VBAT_8); // 读取AIN2,光敏电阻
        LCD_ShowNum(2, 11, ADVAlue, 4);           // 显示AIN2
        Delay(10);
    }
}

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