单片机如何通过ADC模块采集模拟信号

单片机的ADC接口属于模数转换接口，将外部的模拟量信号转化为数字信号，单片机属于数字器件，需将模拟信号转化为数字信号才能够为单片机处理。目前市场的很多单片机都自带ADC转换接口，若无ADC转换接口，可以使用ADC数模转换芯片外扩。

ADC模块是将模拟信号转化位数字信号，数字信号用0和1表示，ADC模块有参考电压，假设给的参考电压是5V，ADC是12位的（几位表示用二进制几位数存储模拟量转化后的数字量，12位的ADC则可储存数字量范围为：（二进制）000000000000~111111111111，转换为十进制数字范围为0~2^12即0~4095。

也就是说把参考电压分为2^12份即4096份，最小分辨率为VREF/4096。

也就是说二进制的000000000000代表输入模拟量0V，而111111111111代表最大值VREF。

下面以上图C8051单片机为例子，如原理图所示，该单片机工作电源为3.3V，参考电压为2.048V，所以模拟量的输入范围为0~2.048V。若所需采集的电压范围大于参考电压值时，可以使用电阻分压进行降压或者使用运放进行缩小等。

该单片机ADC为12位的。也就是说输入电压为0时，单片机转换后的数字量结果为000000000000（二进制），当输入电压为2.048V时，单片机转换后的数字量结果为111111111111（二进制），十进制为4095。

也就是说，输入电压的值V=2.048×ADC采集到的数字量÷4095。

比如我们要采集一个0~10V范围的模拟量电压进行显示，那么，可以先将0~10V的电压缩小5倍，可以使用电阻分压，也可以采用运放缩小等方式，然后接入单片机的ADC采样口，可以接入上图的P2.2口。

最后换算公式为：V = result * 2.048/ 4095 * 5;其中 result为单片机采集到的数字量。

单片机如何处理ADC采样数据？

单片机工程师在面试的过程中，经常会碰到一些相同的问题，笔者总结了十个提问率较高的问题，供大家参考。现在我们来分析单片机工程师常遇面试问题之五：单片机如何处理ADC采样数据？

前面作者有文章介绍了单片机是如何采样电压和电流的，如有不了解单片机ADC采样原理的小伙伴可以点击我的头像进入我的主页查看文章"单片机是如何采样电流？"。

首先一定有小伙伴有疑问，为什么还要对采样的数据进行处理呢？直接拿来用不行吗？对于这个问题，我的回答是不建议这样做，因为任何系统都会存在干扰，不进行处理就会有数据存在一定的误差。那么我进行数据处理就是要尽量避免因外界干扰引起的误差。

在这里作者推荐两种方法，第一种方法是多次采样加权取平均，我相信很多朋友都可以想到这种方法，但在写程序的时候可以运用一些技巧，作者分享给你。首先我们ADC采集8次数据并且对这8次数据累加（可以每1ms调用该函数），累加完成后将累加结果右移3位得到最后的采样结果。当然这个方法还可以进一步改善，比如取样10次，然后去掉最大值和最小值，再对剩下的8次进行取平均。下面贴出参考程序供小伙伴参考。

图（1）参考程序

当然，第一种取平均的方法能够有效抑制干扰，但因为需要多次采样，更新数据的时间会很长，比如取样8次，每1ms取样一次，那么更新数据就需要8ms时间，所以对采样的数据实时性要求不是很高的系统才可以用这种方法。所以我们第二种方法就是用在实时性比较高的系统。作者推荐的是中值滤波的方法，实现思想就是取5个数据，每次采样的新数据替换掉最老的数据，然后把中间的那个数据当做是采样数据，这样不仅可以有效抑制干扰，而且响应速度快。

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