第5章：ADC实验——使用光照传感器

5.1 ADC原理简介

• 5.1.1 模拟信号
  模拟信号（Analog Signal）是指用连续变化的物理量所表达的信息，特点是信号值的变化是连续的、不间断的，如图所示。
  

• 5.1.2 数字信号
  数字信号（Digital Signal）是指用一系列断续变化的量所表达的信息，特点是信号值会突然变化，如下图所示。
  

• 5.1.3 ADC
  ADC的全称是Analog to Digital Converter，即模拟数字转换器，用于把模拟信号转换为数字信号。举个例子，例如图中的黑色线为一个模拟信号，ADC可以通过特定的规则或者算法将其转换为阶梯状的数字信号。
  

  5.2 ADC 的应用简介

  ADC的应用非常广泛，例如常用的一些简易传感器所采集到的信号都是模拟信号，如图所示。
  

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  5.3 CC2530的ADC采样通道

  CC2530中内置了多个ADC采样通道，例如AIN0~AIN7、VDD/3、芯片内置的温度传感器等，如图所示。
  

其中的ADC采样通道AIN0 - AIN7对应的是P0_0到P0_7这8个GPIO，即模拟信号可以通过这个8个GPIO输入给CC2530。CC2530从这些GPIO中收到模拟信号后，就可以使用ADC获取数字信号了。

5.4 ADC API 说明

打开本实验代码，可以找到hal_adc.h和hal_adc.c文件，如图所示。

这两个文件是Z-Stack 3.0 提供给开发者使用的ADC驱动API，使用起来非常方便。
提示：
为了便于初学者学习，笔者对该API做了少量的修改。

打开 hal_adc.h 文件，可以找到如下 API 定义：

//2. 51单片机入门/5. ADC实验/Workspace/code/HalADC/hal_adc.h
/*
 * 使用默认的配置初始化ADC服务，使用ADC服务前必须先调用此API
 */
extern void HalAdcInit ( void );
/*
 * A/D转换，即使用指定的采样精度从指定的ADC通道中获取采样值
 * 
 * @param   channel - ADC通道
 * @param   resolution - 采用分辨率
 */
extern uint16 HalAdcRead ( uint8 channel, uint8 resolution );

HalAdcRead函数需要传入一个channel参数，该参数表示ADC采样通道。采样通道定义代码如下：

//2. 51单片机入门/5. ADC实验/Workspace/code/HalADC/hal_adc.h
#define HAL_ADC_CHN_AIN0    0x00    /* AIN0 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN1    0x01    /* AIN1 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN2    0x02    /* AIN2 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN3    0x03    /* AIN3 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN4    0x04    /* AIN4 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN5    0x05    /* AIN5 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN6    0x06    /* AIN6 */
#define HAL_ADC_CHN_AIN7    0x07    /* AIN7 */

HalAdcRead函数还需要传入一个用于表示采样分辨率的参数resolution，其定义代码如下：

//2. 51单片机入门/5. ADC实验/Workspace/code/HalADC/hal_adc.h
#define HAL_ADC_RESOLUTION_8       0x01
#define HAL_ADC_RESOLUTION_10      0x02
#define HAL_ADC_RESOLUTION_12      0x03
#define HAL_ADC_RESOLUTION_14      0x04

CC2530提供了8位、10位、12位和14位的模数转换采样分辨率可供开发者使用。举个例子讲解一下采样分辨率的含义，例如ZigBee标准板板载的光敏电阻（光照传感器）可以根据不同的光照强度来输出不同的电压，光照强度越高输出的电压越大，反之越小。其输出电压值范围是0~1.65v，这是一个模拟信号值。如果此时的采样分辨率为8位，那么CC2530会用1个字节（8个位）的整型变量来存储采样值，CC2530会把0~3.3v的电压值映射到[0,255]中，把0~1.65v映射到[0,127]中，从而得到采样值，例如当光敏电阻受光照影响时，如果：
（1）ADC捕获到的电压值约为1.65v，那么采样值为127左右。
（2）ADC捕获到的电压值约为0v，那么采样值为0左右。
（3）ADC捕获到的电压值约为0.825v，那么采样值为63左右。

如果以8位采样分辨率读取P0_7的采样值，可按如下方式编写代码：

P1SEL |= 0x80;//把P0_7配置为使用外设功能模式
uint8 Val;//采样信号值
Val = HalAdcRead(
    HAL_ADC_CHN_AIN7,//采样通道
    HAL_ADC_RESOLUTION_8);//采样分辨率

5.5 ADC采样实验

由于在配套的ZigBee标准板中，光照传感器与CC2530的P0_7引脚连接，因此本实验把P0_7配置为输入模式，然后以8位分辨率读取ADC通道AIN7的采样值，代码如下：

//2. 51单片机入门/5. ADC实验/Workspace/code/HalADC/HalADC.c
void main(void)
{
    uint8_t adcVal;//采样值
    char adcStr[10] = {0};
    setSystemClk32MHZ();
    initUart0(USART_BAUDRATE_115200);
    CC2530_IOCTL(
        0, 7,//采样通道AIN7对应P0_7
        CC2530_INPUT_PULLUP);//配置为上拉输入
    HalAdcInit();//初始化ADC服务
    while(1) {
        /*ADC采样*/
        adcVal = HalAdcRead(
            HAL_ADC_CHN_AIN7,//采样通道AIN7对应P0_7
            HAL_ADC_RESOLUTION_8);//采样分辨率为8位
        /*通过串口0输出采样值*/
        sprintf(adcStr, "%d\r\n", adcVal);
        uart0Send((unsigned char *)adcStr, strlen(adcStr));
        delayMs(SYSCLK_32MHZ, 2000);//延迟2s
    }
}

上述代码实现了每隔2s从AIN7中采集一次模拟信号，然后转化为数字信号。ADC就这样简单地被实现了，读者也可根据实际需要修改采样时间间隔。

5.6 代码测试

可以运行本实验代码以观察运行结果，操作步骤如下：
（1）编译链接本实验代码后，把程序烧录到配套的ZigBee开发板中。
（2）由于本实验需要用到光照传感器和串口0，因此：
（2A）如果使用ZigBee标准板调试，需要把拨码开关的第1和2位分别打到URX和UTX端，第3、4、5和6位分别打到ERX、ETX、P02和P03端，第7位打到ADC端。

（2B）如果使用ZigBee Mini板调试，需要在P0_7引脚处外接光照传感器的模拟信号输出引脚，此光照传感器的输出信号作为系统输入的模拟信号。

（3）使用Micro USB线把ZigBee开发板连接到电脑。
（4）打开串口调试助手，按如图所示对串口调试助手做好相关设置。

（5）配置完成后，可以在串口助手中观察到ADC值。

（6）此值可以理解为光照传感器所感知到的环境光照度，它会随光照度变化而变化。