模拟量采集从硬件到程序，从滤波到实际值转换，多少人懂了

❤在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。

❤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。

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-。输入端的8个二极管的作用是 钳位作用 ，相关电路文章: 如何用二极管实现不同电压的输出？ 电 路计算如图所示。

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，相 关文章: 解析多种整流、滤波电路 。 电路计算如图所示。

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。

图3：STM32F103CBT6单片机

由于代码较多，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 。

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 。

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)。

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）。

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。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）。

图8，函数调用

以下为模拟量在main.c文件里的定义。

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。

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。

/******************************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);//22.0ABattery1_Voltage = Adc_To_Act(ADC_Battery1_Voltage, 10, 4096, 0, 267);//267VBattery2_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）。

/******************************滤波函数（base/k越大，容性越大）该函数相当于是一个电容，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。

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

为便于逻辑计算、控制及显示，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）。

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，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，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。

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。

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。