实验题目： A/D转换实验
附：实验报告
一、 实验目的
1. 掌握Keil软件的基本使用
2. 学习和掌握C语言编写程序的一般格式
3. 学习单片机简单的I/O口的控制方法
4. 学习数码管的控制方法
5. 学会看时序图，简单的SPI协议的使用
6. 掌握XPT2046把模拟信号转化为数字信号输出的方式
二、 实验内容
使用XPT2046芯片把光敏电阻采集的信号转化为数字信号，再使用数码管显示出亮度值（随光敏电阻的受光照程度不同，值也不一样）
三、 实验原理
（1） 光敏电阻的电路图
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（2） 基础知识介绍
光敏电阻的工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。
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XPT2046是一款4线电阻式触摸屏控制器，采用12位125 kHz采样SAR型A / D转换器。
XPT2046工作电压低至2.2V，支持1.5V至VCC的数字I / O接口电压，以连接低压uP。 XPT2046可以通过执行两次A / D转换来检测按下的屏幕位置。 除了定位，XPT2046还可测量触摸屏压力。片上VREF可用于模拟辅助输入，温度测量和电池监控，能够测量0V至5V的电压。
XPT2046还具有片上温度传感器XPT2046采用16引脚QFN薄封装（高度0.75mm），工作温度范围宽：-40°C至+ 85°
（3） XPT2046芯片引脚图
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（4） 芯片时序图
四、 实验过程
1. 这次实验需要用到xpt2046芯片，光敏电阻和数码管相关知识，首先对数据类型进行声明定义，定义共阴数码管0-F对应编码
Unsigned char table[]=
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
定义P2两个端口，定义xpt2046芯片控制字输入端口、使能端（为低电平有效）、时钟输入端（在时钟时钟上升沿或下降沿进行数据输入或输出）、ad转换后，数字量输出口（串行输出）。代码如下：
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sbit DIN=P3^4; sbit CS=P3^5; sbit CLK=P3^6; sbit DOUT=P3^7;
2. 主函数中while循环中开启模块使能，输入控制字0xD4 1101 0100，再延迟一些，等待下一个转换结果，结合时序图需要延迟一个时钟周期。SPI读取数据，再关闭模块使能
while(1) { CLK=0; CS=0;
SPI_write(0XD4); for(i=6;i>0;i--); CLK=1;_nop_();_nop_(); CLK=0;_nop_();_nop_(); SPI_read(); CS=1;
display(number); }
3. 接下来设置数码管显示的数字，也是电压值在光敏电阻作用下的变化值。结合for循环来对四位数字进行动态显示
void display(uint number1) {
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int i=0;
number1=100-(number1/33); qian=number1/1000; bai=number1%1000/100; shi=number1%100/10; ge=number1%10; for(i=0;i<100;i++) {
AIN=0,BIN=0; P0=table[ge]; delayms(5); P0=0; AIN=1,BIN=0; P0=table[shi]; delayms(5); P0=0; AIN=0,BIN=1; P0=table[bai]; delayms(5); P0=0; AIN=1;BIN=1; P0=table[qian]; delayms(5); } }
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4. 然后定义控制信号，控制位最高位赋给DIN输入口，接着串行输入，时钟上升沿将会控制字一位一位的输入
void SPI_write(uchar controlword) { uchar m; CLK=0;
for (m=0;m<8;m++) {
DIN=controlword>>7; controlword=controlword<<1; CLK=0; CLK=1; } }
5. 最后要注意清零，，number是全局变量，如果不清零下次再进行移位时运算的结果得不到所需要的number，number不赋初值的话全局变量默认初值为0。时钟下降沿，把一位数据从DOUT口输出，每次循环把DOUT输出的数字放在number最低位，同时number进行左移一位，十二个周期后，ad转换的12位数字量全部赋给了number=数字信号，实现ad转换完整过程。
void SPI_read(void) { uchar n; CLK=0;
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number=0; for(n=0;n<12;n++) {
number=number<<1; CLK=1; CLK=0;
number = number | DOUT; } }
四、思考并回答以下问题
1、XPT2046芯片使用的数据传输协议是什么？请大概介绍一下这个协议。
XPT2046内部包含了一个多路选择器，能够测量电池电压、AUX电压、芯片温度。一个12位的ADC用于对选择的模拟输入通道进行模数转换，得到数字量，然后送入控制逻辑电路，供主控CPU进行读取，同时，具体选择哪个通道进行转换，也是由主控CPU发送命令给控制逻辑来设置的。同时支持笔触中断，即当触摸屏检测到触摸被按下时，可以立即产生笔触中断，通知主控制器可以控制开始转换并读取数据。在转换过程中，通过busy信号指示当前忙状态，以避免主控发出新的命令中断之前的命令，通过SPI接口与主控制器进行通信。
XPT2046可以单电源供电，电源电压范围为2.7V～5.5V。参考电压值直接决定ADC的输入范围，参考电压可以使用内部参考电压，也可以从外部直接输入1V～VCC范围内的参考电压（要求外部参考电压源输出阻抗低）。X、Y、Z、VBAT、Temp和AUX模拟信
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号经过片内的控制寄存器选择后进入ADC，ADC可以配置为单端或差分模式。选择VBAT、Temp和AUX时可以配置为单端模式；作为触摸屏应用时，可以配置为差分模式。
2、为什么这个芯片的编程需要根据时序图来进行编写？
因为要想正确的读到X、Y坐标，需要按照芯片规定的控制协议进行数据的读写。XPT2046实现一次X、Y坐标的读取需要完成两次转换，单一一次转换只能得到单一X或Y的坐标，因此，我们必须通过两次控制才能到到结果。至于每一次转换的对象为X或Y坐标，由控制器发出的控制字决定。ADC在转换时能够被配置为单端或差分模式，具体的控制字在每次传输开始的时候，由主控MCU驱动DIN信号传输。
XPT2046数据接口是串行接口，其典型工作时序如下图所示，图中展示的信号来自带有基本串行接口的单片机或数据信号处理器。处理器和转换器之间的的通信需要8个时钟周期，可采用SPI、SSI和Microwire等同步串行接口。一次完整的转换需要24个串行同步时钟（DCLK）来完成。
前8个时钟用来通过DIN引脚输入控制字节。当转换器获取有关下一次转换的足够信息后，接着根据获得的信息设置输入多路选择器和参考源输入，并进入采样模式，如果需要，将启动触摸面板驱动器。3个多时钟周期后，控制字节设置完成，转换器进入转换状
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态。这时，输入采样－保持器进入保持状态，触摸面板驱动器停止工作（单端工作模式）。接着的12个时钟周期将完成真正的模数转换。
3、大概介绍一下模数转换应用于哪些领域？主要做什么？（列出三点以上）
应用到我们能量化的数据，广泛应用在多媒体、通讯、自动化、仪器仪表、医疗仪器、电子测量。军事、航天系统等领域，采用脉动型和折叠型等结构的高速模数转换，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。
1、测温计：使用热敏电阻测温，将热敏电阻测得的温度转换为电压值，经AD转换后显示温度
2、电机控制应用：电机的转速和位置可以通过监控电机每个相位的电流来判断。A/D转换器能非常精确地监控电流，因而对电机控制应用十分理想
3、智能手机：cpu通过各种传感器（如摄像头）才能够与外界互动，A/D转换器就是一种不可或缺的桥梁。
五、实验总结和体会
在完成A/D转换实验的过程中我了解了spt2046芯片相关的原理和内部功能，虽然只接触这个典型的逐次逼近型模数转换器，但是觉着要学习的还是蛮多的，重点是要根据时序图来对其操作程序，这个还是有很多不懂的地方，对程序除了原先接触过的可以理解外，新学到的串行接口和控制字这些还需要花时间去学习，光敏电阻以前学过相关知识还好理解，总的来说就是看到懂若是自己编写还是不能写的好，不过要学号这些还是要多练，
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多记一些相关代码功能。
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