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实例讲解单片机模拟量采集: 从硬件到程序,从滤波到实际值转换,有多少人懂了?:硬件模拟大师

小编 06-30 36 0条评论

单片机系统里对模拟量的处理要比数字量稍显复杂,但是只要掌握了使用技巧,使用起来也很简单,很多朋友一开始比较纠结于单片机的底层语言,非要先弄个明白才罢休,其实大可不必,重要的是我们要先学会怎么应用硬件模拟大师。

现以 铅酸电池电压检测及 充电电流检测为例讲解模拟量的硬件和程序的设计硬件模拟大师。

如图1为28节铅酸电池的电压检测电路,1--14节组成电池组1,15--28节组成电池组2;第1节正极为BAT+,14与15节之间为BATM,第28节负极为BAT-硬件模拟大师。输入端的8个二极管的作用是 钳位作用;电路计算如图所示。

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硬件模拟大师,从滤波到实际值转换,有多少人懂了?:硬件模拟大师">

图1:电池组电压检测电路

如图2为铅酸电池的充电电流检测电路,TA1为工频电流互感器,输入的4个二极管为 整流二极管,电流流过R37(510Ω)形成压差△V硬件模拟大师。电路计算如图所示。

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图2:电池组充电电流检测电路

如图3为单片机STM32F103CBT6,图1和图2的模拟信号输入至单片机的PA5、PA6、PA7硬件模拟大师。

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图3:STM32F103CBT6单片机

由于代码较多硬件模拟大师,为便于浏览,我就把其中一部分以截图的形式展示

如图4为单片机adc.c文件的底层配置,把PA5、PA6、PA7端口配置成 模拟输入模式硬件模拟大师。

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图4:配置端口模式

如图5对以上三个模拟量进行模数转换并缓存入数组ADC_ConvertedValue[3],得到的AD值的范围是 0~4096硬件模拟大师。

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图5:模数转换并缓存

如图6把以上两个配置函数整合在一起,定义成模拟量的初始化函数void ADC1_Init(void)硬件模拟大师。

图6:初始化

如图7在adc.h文件里声明函数void ADC1_Init(void),另外几个函数也在adc的c文件里定义的,后面附上源程序(非截图)硬件模拟大师。

图7:声明函数

如图8在main主函数里调用ADC1_Init初始化函数(要去掉void),初始化函数一定要放在while(1)的前面,表示在进入while(1)无限循环前只执行一次硬件模拟大师。Analog_Processing为模拟量处理函数,要放在while(1)无限循环里面(该函数在下面讲)。

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图8硬件模拟大师,函数调用

以下为模拟量在main.c文件里的定义硬件模拟大师。

s16 Charging_Current; //充电电流实际值

s16 Battery1_Voltage; //电池组1电压实际值

s16 Battery2_Voltage; //电池组2电压实际值

s16 Battery_Voltage; //电池组总电压值

❤下面三个函数的定义都在adc.c文件里面定义的硬件模拟大师。

以下代码为模拟量处理函数:①对数组ADC_ConvertedValue[3]缓存值进行滤波处理;②对滤波后的AD值转换为实际值硬件模拟大师。

模拟量处理函数

void Analog_Processing(void)

//对AD值进行滤波

ADC_Charging_Current=Filter(ADC_ConvertedValue[0],ADC_Charging_Current,1,10);

ADC_Battery1_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[1],ADC_Battery1_Voltage,1,10);

ADC_Battery2_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[2],ADC_Battery2_Voltage,1,10);

//AD值转换为实际值

Charging_Current = Adc_To_Act(ADC_Charging_Current, 10, 4096, 0, 220);//22.0A

Battery1_Voltage = Adc_To_Act(ADC_Battery1_Voltage, 10, 4096, 0, 267);//267V

Battery2_Voltage = Adc_To_Act(ADC_Battery2_Voltage, 10, 4096, 0, 267);//267V

//两组电压相加得到总电压

Battery_Voltage = Battery1_Voltage + Battery2_Voltage;

以下代码为滤波函数,滤波函数有很多,采用合适的才是最实用的(该函数滤波后的值是连续变化的,有些滤波函数滤波后的值是跳变的)硬件模拟大师。

滤波函数(base/k越大硬件模拟大师,容性越大)

该函数相当于是一个电容硬件模拟大师,通常取值k=1,base=10

u16 Filter(u16 NewData, u16 OldData, u8 k, u8 base)

u16 uiResult;

if (NewData > OldData)

uiResult = NewData - OldData;

uiResult *= k;

uiResult += base >> 2;

uiResult /= base;

uiResult = OldData + uiResult;

else if (OldData > NewData)

uiResult = OldData - NewData;

uiResult *= k;

uiResult += base >> 2;

uiResult /= base;

uiResult = OldData - uiResult;

else

uiResult = NewData;

return(uiResult);

使用方法如下:NewData表示最新采用的模拟量;OldData表示滤波后的模拟量硬件模拟大师。

ADC_Battery1_Voltage=Filter(ADC_ConvertedValue[1],ADC_Battery1_Voltage,1,10);

为便于逻辑计算、控制及显示硬件模拟大师,以下代码是把AD值转换为实际值,

AD值转换实际值函数

s16 Adc_To_Act(s16 Adc_Value, s16 Pre_Adc_Min, s16 Pre_Adc_Max, s16 Pre_Act_Min, s16 Pre_Act_Max)

s32 _temp;

s32 _range;

_temp = (s32)((Adc_Value - Pre_Adc_Min) * (Pre_Act_Max - Pre_Act_Min) / (Pre_Adc_Max-Pre_Adc_Min)) + Pre_Act_Min;

_temp = Adc_Value - Pre_Adc_Min;

_range = Pre_Act_Max - Pre_Act_Min;

_temp = _temp * _range;

_range = Pre_Adc_Max - Pre_Adc_Min;

_temp = _temp + _range / 2;

_temp = _temp / _range;

_temp = _temp + Pre_Act_Min;

return(_temp);

使用方法如下:Adc_Value表示要转换的模拟量;Pre_Adc_Min表示模拟量AD值的最小值;Pre_Adc_Max表示模拟量AD值的最大值;Pre_Act_Min表示转换后实际值的最小值;Pre_Act_Max表示转换后实际值的最大值;(以下最大实际值220表示22.0A,是因为数码管显示需要小数表示)硬件模拟大师。

Charging_Current = Adc_To_Act(ADC_Charging_Current, 10, 4096, 0, 220);//22.0A

要点:

①模拟量的采样电路硬件模拟大师,我多采用运放的差分放大电路,原因是被测电压可以和运放不用共地,且可有效抑制共模噪声,可达到较高的精确线性测量,比如以上电池组的被测电压的误差与实际相差在0.3V左右;

②电池组输入至运放的8个1M的电阻是两个为一组的硬件模拟大师,且功率至少1/4W以上,因为在高压下的电阻容易老化,为保险起见,通常一个电阻的最大压差在100V以下为宜;

③电池组分为两组检测,一是为了降低元件所承受的电压,二是为了监视两组电池电压之间是否平衡,达到保护电池目的硬件模拟大师。

③函数应功能模块化,且具备通用性质,便于移植和调用,对于很多朋友应先学会如何使用,底层代码只要会配置就完全足够了硬件模拟大师。

当然,以上提供的设计是我通常的做法,能满足大多数的常规应用硬件模拟大师。

来源:电卤药丸

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