在使用STC8时需要采集多路小电压值，使用LCD1602显示。但是STC8单片机内部只有10和12位精度的ADC，采集毫伏级电压就不够精确。这时可采用外挂高精度ADC实现。常见的有ADS1115、ADS1256、MCP3421以及国产的TM7705等。本方案采用STC8单片机与ADC1256实现多路AD采集。
ADS1256是一款低噪声高分辨率的24位ADC，ADS1256数据输出速率最高可为30K采样点/秒(SPS),4路差分与8路单端输入,SPI接口。原理图如下所示：
## 电路连接
使用现成的ADS1256模块，制作一个STC8G1K08单片机最小系统（可以改成STC8H8K64U、STC8A8K64S4A12或者STC8G2K64），在程序中直接定义SPI通信接口以及LCD1602显示接口，相关定义如下：
//SPI通信接口
sbit SCK = P1^2;
sbit DIN = P1^3;
sbit DOUT = P1^4;
sbit DRDY = P1^5;
sbit CS = P1^6;
//LCD1602引脚接口
sbit LCD_EN=P1^0;
sbit LCD_RW=P1^1;
sbit LCD_RS=P1^7;
#define LCD_DATAPORT P3
定义好相关端口后开始导入ADS1256头文件：
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#ifndef __ADS1256_H_
#define __ADS1256_H_
// define commands
#define ADS1256_CMD_WAKEUP 0x00
#define ADS1256_CMD_RDATA 0x01
#define ADS1256_CMD_RDATAC 0x03
#define ADS1256_CMD_SDATAC 0x0f
#define ADS1256_CMD_RREG 0x10
#define ADS1256_CMD_WREG 0x50
#define ADS1256_CMD_SELFCAL 0xf0
#define ADS1256_CMD_SELFOCAL 0xf1
#define ADS1256_CMD_SELFGCAL 0xf2
#define ADS1256_CMD_SYSOCAL 0xf3
#define ADS1256_CMD_SYSGCAL 0xf4
#define ADS1256_CMD_SYNC 0xfc
#define ADS1256_CMD_STANDBY 0xfd
#define ADS1256_CMD_REST 0xfe
// define the ADS1256 register values
#define ADS1256_STATUS 0x00
#define ADS1256_MUX 0x01
#define ADS1256_ADCON 0x02
#define ADS1256_DRATE 0x03
#define ADS1256_IO 0x04
#define ADS1256_OFC0 0x05
#define ADS1256_OFC1 0x06
#define ADS1256_OFC2 0x07
#define ADS1256_FSC0 0x08
#define ADS1256_FSC1 0x09
#define ADS1256_FSC2 0x0A
// define multiplexer codes
#define ADS1256_MUXP_AIN0 0x00
#define ADS1256_MUXP_AIN1 0x10
#define ADS1256_MUXP_AIN2 0x20
#define ADS1256_MUXP_AIN3 0x30
#define ADS1256_MUXP_AIN4 0x40
#define ADS1256_MUXP_AIN5 0x50
#define ADS1256_MUXP_AIN6 0x60
#define ADS1256_MUXP_AIN7 0x70
#define ADS1256_MUXP_AINCOM 0x80
#define ADS1256_MUXN_AIN0 0x00
#define ADS1256_MUXN_AIN1 0x01
#define ADS1256_MUXN_AIN2 0x02
#define ADS1256_MUXN_AIN3 0x03
#define ADS1256_MUXN_AIN4 0x04
#define ADS1256_MUXN_AIN5 0x05
#define ADS1256_MUXN_AIN6 0x06
#define ADS1256_MUXN_AIN7 0x07
#define ADS1256_MUXN_AINCOM 0x08
// define gain codes
#define ADS1256_GAIN_1 0x00
#define ADS1256_GAIN_2 0x01
#define ADS1256_GAIN_4 0x02
#define ADS1256_GAIN_8 0x03
#define ADS1256_GAIN_16 0x04
#define ADS1256_GAIN_32 0x05
#define ADS1256_GAIN_64 0x06
//#define ADS1256_GAIN_64 0x07
//define drate codes
#define ADS1256_DRATE_30000SPS 0xF0
#define ADS1256_DRATE_15000SPS 0xE0
#define ADS1256_DRATE_7500SPS 0xD0
#define ADS1256_DRATE_3750SPS 0xC0
#define ADS1256_DRATE_2000SPS 0xB0
#define ADS1256_DRATE_1000SPS 0xA1
#define ADS1256_DRATE_500SPS 0x92
#define ADS1256_DRATE_100SPS 0x82
#define ADS1256_DRATE_60SPS 0x72
#define ADS1256_DRATE_50SPS 0x63
#define ADS1256_DRATE_30SPS 0x53
#define ADS1256_DRATE_25SPS 0x43
#define ADS1256_DRATE_15SPS 0x33
#define ADS1256_DRATE_10SPS 0x23
#define ADS1256_DRATE_5SPS 0x13
#define ADS1256_DRATE_2_5SPS 0x03
signed long ADS1256ReadData(unsigned char channel);
void ADS1256_Init(void); //初始化ADS1256
void Init_ADS1256_GPIO(void); //
#endif
对ADS1256初始化：包括SPI通信初始化，读取AD值等。
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#include "STC8.H"
#include "ADS1256.h"
/*端口定义*/
sbit SCK = P1^2;
sbit DIN = P1^3;
sbit DOUT = P1^4;
sbit DRDY = P1^5;
sbit CS = P1^6;
#define CS_0() CS = 0
#define CS_1() CS = 1
#define SCK_0() SCK = 0
#define SCK_1() SCK = 1
#define ADS1256_DIN_0() DIN = 0
#define ADS1256_DIN_1() DIN = 1
#define ADS1256_DRDY DRDY
#define ADS1256_DOUT DOUT
void delay_ms(u16);
//void Init_ADS1256_GPIO(void)
//{
// /********************************************
// 提示：写单片机程序配置I/O口时要注意方向，
// I/O口配置输出时推荐配置为推挽模式，有些老
// 的51单片机没有推挽模式，推荐加 1K上拉电阻.
// ********************************************/
// P1M1 =0x00;
// P1M0 =0xff; //配置 I O
// CS_1();
//}
static void ADS1256_DelaySCLK(void)
{
unsigned short i;
/*
取 5 时，实测高电平200ns, 低电平250ns <-- 不稳定
取 10 以上，可以正常工作， 低电平400ns 高定400ns <--- 稳定
*/
for (i = 0; i < 20; i++);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: SPI_WriteByte
* 功能说明: 向SPI总线发送8个bit数据。 不带CS控制。
* 形 参: _data : 数据
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void SPI_WriteByte(unsigned char TxData)
{
unsigned char i;
/* ADS1256 要求 SCL高电平和低电平持续时间最小 200ns */
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if (TxData & 0x80)
ADS1256_DIN_1();
else
ADS1256_DIN_0();
SCK_1();
//ADS1256_DelaySCLK();
TxData <<= 1;
SCK_0(); /* <---- ADS1256 是在SCK下降沿采样DIN数据, 数据必须维持 50nS */
//ADS1256_DelaySCLK();
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: SPI_ReadByte
* 功能说明: 从SPI总线接收8个bit数据。 不带CS控制。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
unsigned char SPI_ReadByte(void)
{
unsigned char i;
unsigned char read = 0;
//ADS1256_DelaySCLK();
/* ADS1256 要求 SCL高电平和低电平持续时间最小 200ns */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
SCK_1();
ADS1256_DelaySCLK();
read = read<<1;
SCK_0();
if (ADS1256_DOUT)
{
read++;
}
ADS1256_DelaySCLK();
}
return read;
}
//-----------------------------------------------------------------//
// 功 能：ADS1256 写数据
// 入口参数: /
// 出口参数: /
// 全局变量: /
// 备 注: 向ADS1256中地址为regaddr的寄存器写入一个字节databyte
//-----------------------------------------------------------------//
void ADS1256WREG(unsigned char regaddr,unsigned char databyte)
{
CS_0();
while(ADS1256_DRDY);//当ADS1256_DRDY为低时才能写寄存器
//向寄存器写入数据地址
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_WREG | (regaddr & 0x0F));
//写入数据的个数n-1
SPI_WriteByte(0x00);
//向regaddr地址指向的寄存器写入数据databyte
SPI_WriteByte(databyte);
CS_1();
}
//初始化ADS1256
void ADS1256_Init(void)
{
//*************自校准****************
while(ADS1256_DRDY);
CS_0();
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_SELFCAL);
while(ADS1256_DRDY);
CS_1();
//**********************************
ADS1256WREG(ADS1256_STATUS,0x06); // 高位在前、校准、使用缓冲
// ADS1256WREG(ADS1256_STATUS,0x04); // 高位在前、不使用缓冲
// ADS1256WREG(ADS1256_MUX,0x08); // 初始化端口A0为‘+’，AINCOM位‘-’
ADS1256WREG(ADS1256_ADCON,ADS1256_GAIN_1); // 放大倍数1
ADS1256WREG(ADS1256_DRATE,ADS1256_DRATE_10SPS); // 数据5sps
ADS1256WREG(ADS1256_IO,0x00);
//*************自校准****************
while(ADS1256_DRDY);
CS_0();
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_SELFCAL);
while(ADS1256_DRDY);
CS_1();
//**********************************
}
//读取AD值
signed long ADS1256ReadData(unsigned char channel)
{
signed long sum=0;
char i;
unsigned long r=0;
while(ADS1256_DRDY);//当ADS1256_DRDY为低时才能写寄存器
ADS1256WREG(ADS1256_MUX,channel); //设置通道
CS_0();
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_SYNC);//外同步AD信号，启动转换
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_WAKEUP);//完成同步并退出待机模式
while(ADS1256_DRDY);
SPI_WriteByte(ADS1256_CMD_RDATA);
delay_ms(1);
for(i=0;i<3;i++)
{
sum = sum << 8;
r = SPI_ReadByte();
sum |= r;
}
CS_1();
if (sum>0x7FFFFF) // if MSB=1,
{
sum -= 0x1000000; // do 2's complement
}
return sum;
}
初始化LCD1602显示，这里定义的是8线并行接口，可以修改为4线串行接口：
sbit LCD_EN=P1^0; //STC8G1K08——20Pin
sbit LCD_RW=P1^1;
sbit LCD_RS=P1^7;
#define LINE1_COLUMN(x) 0x7f+x
#define LINE2_COLUMN(x) 0xbf+x
#define LCD_DATAPORT P3//端口可改，模式可以改成串行的，减小引脚使用
void DelayMs( u16 ms)//延时
{
u16 i,j;
for (i = 0; i < ms; i++)
for(j=0;j<115;j++);
}
void delay_ms(u16 nms)
{
u16 x,y;
for(x=nms;x>0;x--)
for(y=120;y>0;y--);
}
void LCD1602_WriteCMD(u8 cmd)//LCD1602写命令函数
{
LCD_RS=0;
LCD_DATAPORT=cmd;
delay_ms(1);
LCD_EN=1;
delay_ms(1);
LCD_EN=0;
}
void LCD1602_WriteData(u8 dat)//LCD1602写数据函数
{
LCD_RS=1;
LCD_DATAPORT=dat;
delay_ms(1);
LCD_EN=1;
delay_ms(1);
LCD_EN=0;
}
void display_char(u8 addr,u8 chr)
{
LCD1602_WriteCMD(addr);
LCD1602_WriteData(chr);
}
void display_num4(u8 addr,u16 num)//显示
{
u8 qian,bai,shi,ge;
qian= num/1000;
bai = num/100%10;
shi = num/10%10;
ge = num%10; //变量分离
display_char(addr,qian+'0');//保留两位小数，
display_char(addr+1,bai+'0');
display_char(addr+2,'.');
display_char(addr+3,shi+'0');
display_char(addr+4,ge+'0');
display_char(LINE1_COLUMN(1),'V');//第一行写字符，VIN:、V、A
display_char(LINE1_COLUMN(2),'I');
display_char(LINE1_COLUMN(3),'N');
display_char(LINE1_COLUMN(4),':');
display_char(LINE1_COLUMN(10),'V');
display_char(LINE1_COLUMN(16),'A');
display_char(LINE2_COLUMN(1),'O');//第二行写字符，OUT:、V、A
display_char(LINE2_COLUMN(2),'U');
display_char(LINE2_COLUMN(3),'T');
display_char(LINE2_COLUMN(4),':');
display_char(LINE2_COLUMN(10),'V');
display_char(LINE2_COLUMN(16),'A');
}
void LCD_Init(void)
{
LCD_EN=0;//打开片选
LCD_RW=0;//读写控制，1：读
// 0：写 这里只写，不读
LCD1602_WriteCMD(0x38);
LCD1602_WriteCMD(0x0e);
LCD1602_WriteCMD(0x06);//地址指针自动加一，且光标加一
LCD1602_WriteCMD(0x01);
LCD1602_WriteCMD(0x80);
}
编写主函数，这里测量单端电压，如果需要测量差分电压的话按照上面ADS1256头文件修改一下就行了。
void main()//ADS126的PGA不是轨到轨运放，采集3.6V以内电压比较好
{ //如果超过，须加分压电路
signed long Adc;//QQ:2401553359，QQ群：560864628
float Volts;
P1M0=0X00;P1M1=0X00;//配置GPIO模式，建议用准双向或者推挽模式
P3M0=0X00;P3M1=0X00;
ADS1256_Init(); //ADS1256 参数初始化
LCD_Init();
while(1)//系数自己用基准电压源校准，电赛那时改动太多了。
{
Adc = ADS1256ReadData( ADS1256_MUXP_AIN0|ADS1256_MUXN_AINCOM);
Volts = (Adc*0.00059270)*0.2010; // 0.00000059263 为系数，ADC生产出后都有一定的偏差，在此校准。
display_num4(LINE1_COLUMN(5),Volts);
delay_ms(50);
Adc = ADS1256ReadData( ADS1256_MUXP_AIN1|ADS1256_MUXN_AINCOM);
Volts = (Adc*0.00059270)*0.915; // 0.00000059263 为系数，ADC生产出后都有一定的偏差，在此校准。
display_num4(LINE1_COLUMN(11),Volts);
delay_ms(50);
Adc = ADS1256ReadData( ADS1256_MUXP_AIN2|ADS1256_MUXN_AINCOM);
Volts = (Adc*0.00058136)*1.910; // 0.00000059263 为系数，ADC生产出后都有一定的偏差，在此校准。
display_num4(LINE2_COLUMN(5),Volts);
delay_ms(50);
Adc = ADS1256ReadData( ADS1256_MUXP_AIN3|ADS1256_MUXN_AINCOM);
Volts = (Adc*0.00059270)*0.6015; // 0.00000059263 为系数，ADC生产出后都有一定的偏差，在此校准。
display_num4(LINE2_COLUMN(11),Volts);
DelayMs(50);
}
}
LCD1602显示效果如下，因为是做电子设计竞赛的，模块比较多，忽略其它模块。
视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1fA41177Um
源码链接：https://pan.baidu.com/s/1dbJw8ggp9Lcxch8wAfIJ4Q
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