7.1 任務(wù)7.1 火焰強度的測量

單片機應(yīng)用技術(shù)項目七簡易火焰報警器的設(shè)計與實現(xiàn)任務(wù)7.1火焰強度的測量任務(wù)要求

使用CC2530單片機的ADC模塊，周期性采集火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量形式，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。在PC端，通過串口調(diào)試助手來查看火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)。1基礎(chǔ)知識2相關(guān)寄存器3任務(wù)分析4電路分析5任務(wù)實現(xiàn)一、基礎(chǔ)知識

信號信號是信息的載體，是運載信息的工具，信號可以是光信號、聲音信號、電信號等模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量所表示的信息，如溫度、濕度、壓力、長度、電流、電壓等，通常把模擬信號稱為連續(xù)信號，它在一定的時間范圍內(nèi)可以有無限多個不同的取值數(shù)字信號是指自變量是離散的、因變量也是離散的信號，這種信號的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)字中的一個數(shù)字來表示，在計算機中，數(shù)字信號的數(shù)值常用有限位的二進制數(shù)表示。一、基礎(chǔ)知識

模擬信號數(shù)字信號時間連續(xù)性時間上是連續(xù)的時間上不是連續(xù)的幅度變化幅度的取值是連續(xù)的（幅值可由無限個數(shù)值表示）幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)信號傳輸方式用模擬量的電壓或電流來表示通過0和1的數(shù)字串所構(gòu)成的數(shù)字流來表示一、基礎(chǔ)知識

分辨率分辨率是ADC對輸入模擬信號的最小變化的度量，是ADC的一個重要的性能指標。理論上，一個n位輸出的ADC能區(qū)分2n個不同等級的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/(2n-1)。在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)越多，分辨率越高。一、基礎(chǔ)知識

火焰?zhèn)鞲衅饔糜跈z測是否有火源的傳感器。火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號。外界紅外光越強，數(shù)值越小；紅外光越弱，數(shù)值越大。一、基礎(chǔ)知識

ADC，即信號的模擬形式與數(shù)字形式的轉(zhuǎn)換。最高14位，12位有效數(shù)據(jù)8個獨立輸入通道轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷請求轉(zhuǎn)換結(jié)果通過DMA寫入存儲器，具有多種運行方式一、基礎(chǔ)知識

對于CC2530的ADC模塊，端口P0引腳可以配置為ADC輸入端，依次為AIN0~AIN7。位置P0端口P0_7P0_6P0_5P0_4P0_3P0_2P0_1P0_0ADCAIN7AIN6AIN5AIN4AIN3AIN2AIN1AIN0一、基礎(chǔ)知識

單端電壓輸入，依次為AIN0~AIN7，以通道號碼0~7表示；通道號碼8~11表示差分輸入，分別是AIN0-AIN1、

AIN2-AIN3、AIN4-AIN5、AIN6-AIN7?？蛇M行序列轉(zhuǎn)換，或單通道轉(zhuǎn)換片內(nèi)溫度傳感器的輸出和AVDD5/3的電壓作為一個ADC輸入。通道號碼12~15分別用于GND（12）、預(yù)留通道（13）、片內(nèi)溫度傳感器（14）和AVDD5/3(15)。二、相關(guān)寄存器

APCFG寄存器位名稱復(fù)位操作描述7APCFG[7]0R/W選擇P0_7引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能6APCFG[6]0R/W選擇P0_6引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能5APCFG[5]0R/W選擇P0_5引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能4APCFG[4]0R/W選擇P0_4引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能3APCFG[3]0R/W選擇P0_3引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能2APCFG[2]0R/W選擇P0_2引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能1APCFG[1]0R/W選擇P0_1引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能0APCFG[0]0R/W選擇P0_0引腳作為模擬外設(shè)I/O引腳。0：模擬外設(shè)I/O禁用。1：模擬外設(shè)I/O使能二、相關(guān)寄存器

ADCL,ADC數(shù)據(jù)低位寄存器ADCH,ADC數(shù)據(jù)高位寄存器位名稱復(fù)位操作描述7:2ADC[5:0]000000RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的低位部分1:0-00R0沒有使用。讀出來一直是0位名稱復(fù)位操作描述7:0ADC[13:6]0x00RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高位部分這兩個寄存器用來保存ADC結(jié)果，ADCL使用了高6位，ADCH使用了8位，共14位。ADCH的最高位是符號位，ADCL最低兩位沒用，一直是0，最大數(shù)值是111111111111100，轉(zhuǎn)換成十進制是32764。ADCHADCL符號111111111111100二、相關(guān)寄存器

ADCCON3寄存器，ADC控制3寄存器位名稱復(fù)位操作描述7:6SREF[1:0]00R/W選擇用于單通道轉(zhuǎn)換的參考電壓。00：內(nèi)部參考電壓。01：AIN7引腳上的外部參考電壓。10：AVDD5引腳，參考電壓3.3V。11：AIN6-AIN7差分輸入外部參考電壓5:4SDIV[1:0]01R/W為單通道ADC轉(zhuǎn)換設(shè)置抽取率。抽取率也決定完成轉(zhuǎn)換需要的時間和分辨率00：64抽取率（7位有效數(shù)字）。

01：128抽取率（9位有效數(shù)字）。10：256抽取率（10位有效數(shù)字）。11：512抽取率（12位有效數(shù)字）3:0SCH[3:0]0000R/W單個通道選擇。選擇寫ADCCON3觸發(fā)的單個轉(zhuǎn)換所在的通道號碼。當單個轉(zhuǎn)換完成，該位自動清除。0000：AIN0。

0001：AIN1。

0010：AIN2。

0011：AIN3。0100：AIN4。0101：AIN5。

0110：AIN6。

0111：AIN7。

1000：AIN0-AIN1。1001：AIN2-AIN3。

1010：AIN4-AIN5。

1011：AIN6-AIN7。1100：GND。

1110：片內(nèi)溫度傳感器。

1111：AVDD5/3二、相關(guān)寄存器

ADCCON3寄存器，ADC控制3寄存器4、5兩位用來設(shè)置抽取率。例如，這兩位值為11，則抽取率為512，即12位有效數(shù)字。12位有效數(shù)字的分布是，ADCH寄存器7位，ADCL寄存器的高5位，除了ADCL最低2位外，其他位仍然有值，只不過值不準確，不是有效數(shù)字。ADCHADCL符號有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效無效00三、任務(wù)分析

通過CC2530單片機的ADC模塊轉(zhuǎn)換采集火焰強度數(shù)值，并轉(zhuǎn)換成電壓值，然后通過串口發(fā)送給PC。具體任務(wù)要求如下。1.上電，D3熄滅。2.定時2秒鐘后，D3點亮，采集火焰強度，并轉(zhuǎn)換成電壓值。3.通過USART0向PC發(fā)送表示火焰強度的電壓值，然后熄滅D3。4.返回步驟2，重復(fù)執(zhí)行。四、電路圖分析

CC2530開發(fā)板插進傳感器的接口電路如上圖U5A所示。單片機采用ADC0接口來獲取傳感器數(shù)據(jù)。五、任務(wù)實現(xiàn)

ADC初始化void

adc_init()

{

APCFG

|=

1;

P0SEL

|=

0x01;

P0DIR

&=~

0x01;

ADCIE

=

1;

}使用ADC0，即P0_0引腳要設(shè)置外設(shè)I/O。使能ADC中斷五、任務(wù)實現(xiàn)

ADCCON3寄存器設(shè)置ADCCON3

=

0x80;

采用基準電壓AVDD5（3.3V），7位有效數(shù)字，通道0五、任務(wù)實現(xiàn)

ADC中斷服務(wù)函數(shù)#pragma

vector

=

ADC_VECTOR

__interrupt

void

adc_ISR(void)

{

ADCIF

=

0;

//清除ADC標志位

uint32

value;

value

=

ADCH;

value

=

value<<8;

//高位數(shù)據(jù)左移8位

value

|=

ADCL;

value

=

(value*330);

//得到分辨率為0.01V的數(shù)值

value

=

value>>15;

//除以32768

s[0]=value/100+'0';

//取百位，并轉(zhuǎn)換為字符格式

s[1]='.';

s[2]=value/10%10+'0';

//取十位，并轉(zhuǎn)換為字符格式

s[3]=value%10+'0';

//取個位，并轉(zhuǎn)換為字符格式

s[4]='V';

s[5]='\n';

s[6]='\0';

USART0_send_data("火焰?zhèn)鞲衅麟妷褐?");

USART0_send_data(s);

D3

=

0;

}五、任務(wù)實現(xiàn)

ADC中斷服務(wù)函數(shù)

uint32

value;

value

=

ADCH;

value

=

value<<8;

//高位數(shù)據(jù)左移8位

value

|=

ADCL;

value

=

(value*330);

//得到分辨率為0.01V的數(shù)值

value

=

value>>15;

//除以32768

ADCH寄存器的最高位是符號位，剩余的7位是數(shù)據(jù)位，ADCL寄存器的最低兩位是0。所以模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的最大值是32764。采用基準電壓3.3V，測得電壓值value與ADCH、ADCL寄存器值的計算公式如下。 value=(ADCH×256+ADCL)×330/32764雖然基準電壓是3.3V，但上式中使用330，故計算出的value值的單位為0.01V。觀察上式，value值應(yīng)除以32764。在單片機編程中，常常采用右移的方式進行除法運算，value右移15位，即將value的值除以32768，準確地講，應(yīng)該除以32764。但是這里通過右移形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)除法運算，不能實現(xiàn)除以32764，而32764接近32768，故這里采用32768。最終計算得到的火焰強