51單片機實現紅外探頭ADC數值讀取程序 實現紅外巡線

使用單片機型號STC15W408AS-35I-DIP20，焊接效果如附件圖。使用程序可以讀取所有紅外探頭的ADC數值，可以進行IIC通信。
這種單片機一次具有8個ADC，一個芯片就能實現8個探頭的數據轉換。

這樣的設計可以實現紅外巡線等功能。



# 紅外巡線測試結果

2022年8月23日23:10:10

## 裝車效果

只裝了一塊彎的，效果很好。

探頭頂端距離地面大約8mm（目測）。

## 我的程序

### 從機

從機傳輸數據的時候LED亮起。

6個探頭的從機傳回的數據：\[data*6] \[0] \[addr]

8個探頭的從機傳回的數據：\[data*8]

### 主機

主機使用STM32F401CCU6，配置IIC2引腳，波特率為一個非標準的傳輸波特率（10000，標準值為100k（標準IIC）或400k（高速IIC））。

主機對所有地址的從機進行檢測，對每個從機，會循環嘗試傳輸，直到傳輸成功或傳輸次數達到5次為止。

把所有從機地址檢測完畢之后重新開始。

主機接收到數據之后通過UART（115200）傳輸給電腦，使用串口調試助手（HEX）可以打開查看。

## 數據傳輸

使用IIC總線傳輸，經過我的調試，可以在8從機上穩定運行。

總共只需要4個線，2電源線和2數據線。

## 測試數據結果

懸空 0x00-0x10

黑 0x08-0x20

白 0xB0-0xFF

## 測試樣例


順時針方向分別是0和1號，也就是上圖中左邊是1、右邊是0；測得數據：

```MATLAB
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 15 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 15 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 15 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 15 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 14 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
EC F2 C8 16 15 13 01 00 31 AC D8 F2 EF C0 01 01
```

數據格式：

\[數據*6]（每個探頭的ADC轉換值，從左到右） \[發送成功所使用的的次數] \[從機地址]

- 位于白色上面的data\[0]\[0:3]給出了白色范圍內的值
- 位于黑色上面的data\[0]\[4:6]給出了黑色范圍內的值
- 位于過渡位置的data\[1]\[0]給出了中間值0x31，偏離過渡位置的data\[1]\[1]給出了比較靠近白色的值
- 位于白色上面的data\[1]\[2:6]給出了白色范圍內的值
- 所有傳輸均使用1次嘗試完成
- 可以連續運行10分鐘無故障

## 其他

經過測試，也可以比較好地分辨出紫色、藍色等。

## 總結

本次實驗比較成功，我設計的系統比較安全、靈敏、可靠、高效。

單片機源程序如下:

1. #include <I2C.h>
   
2. #include <STC15.h>
   
3. #include <intrins.h>
   
4. 
   
5. // #include "./include/delay.h"
   
6. 
   
7. sbit LED         = P3 ^ 4;
   
8. sbit I2C_SCL = P3 ^ 6;
   
9. sbit I2C_SDA = P3 ^ 7;
   
10. 
    
11. #if 0
    
12. //定義LED燈引腳
    
13. sbit Data[8] = {P37, P36, P35, P33, P32, P31, P30, P54};
    
14. #endif
    
15. 
    
16. void delay(unsigned int delay_time) // 1毫秒@22.1184MHz
    
17. {
    
18.         unsigned char i, j;
    
19.         for (; delay_time > 0; delay_time--) {
    
20.                 _nop_();
    
21.                 _nop_();
    
22.                 i = 22;
    
23.                 j = 128;
    
24.                 do {
    
25.                         while (--j)
    
26.                                 ;
    
27.                 } while (--i);
    
28.         }
    
29. }
    
30. 
    
31. void                  InitADC();
    
32. unsigned char GetADCResult(unsigned char ch);
    
33. 
    
34. #define ADC_POWER 0x80         // ADC電源控制位
    
35. #define ADC_FLAG 0x10         // ADC完成標志
    
36. #define ADC_START 0x08         // ADC起始控制位
    
37. #define ADC_SPEEDLL 0x00 // 540個時鐘
    
38. #define ADC_SPEEDL 0x20         // 360個時鐘
    
39. #define ADC_SPEEDH 0x40         // 180個時鐘
    
40. #define ADC_SPEEDHH 0x60 // 90個時鐘
    
41. 
    
42. /*----------------------------
    
43. 初始化ADC
    
44. ----------------------------*/
    
45. void InitADC() {
    
46.         P1ASF          = 0xff; //設置P1口為AD口，0xff表示8通道全開
    
47.         ADC_RES          = 0;          //清除結果寄存器
    
48.         ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL;
    
49.         delay(20); // ADC上電并延時
    
50. }
    
51. 
    
52. /*----------------------------
    
53. 讀取ADC結果
    
54. ----------------------------*/
    
55. unsigned char GetADCResult(unsigned char ch) {
    
56.         ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START;
    
57.         _nop_(); //等待4個NOP
    
58.         _nop_();
    
59.         _nop_();
    
60.         _nop_();
    
61.         while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG))
    
62.                 ;                                        //等待ADC轉換完成
    
63.         ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG; // Close ADC
    
64. 
    
65.         return ADC_RES; //返回ADC結果
    
66. }
    
67. /*
    
68. void test(void){
    
69.                 while(1){
    
70.                                 I2C_SCL=1;
    
71.                                 delay(10);
    
72.                                 I2C_SDA=1;
    
73.                                 delay(10);
    
74.                                 I2C_SCL=0;
    
75.                                 delay(10);
    
76.                                 I2C_SDA=0;
    
77.                                 delay(10);
    
78.                                 LED = !LED;
    
79.                 }
    
80. }*/
    
81. 
    
82. /*----------------------------
    
83. 主程序由此開始
    
84. ----------------------------*/
    
85. 
    
86. #define ADDR 0x17 //定義從機地址/編號
    
87. 
    
88. unsigned char TX_data[2], ADC_data[8], i;
    
89. 
    
90. void main() {
    
91.         LED = 1;
    
92.         InitADC();
    
93.         delay(10);
    
94.         while (1) {
    
95.                 for (i = 0; i < 8; i++)
    
96.                         ADC_data[7 - i] = GetADCResult(i);
    
97. 
    
98.                 // TX_data[0] = 0; //初始化為沒有黑線
    
99.                 // TX_data[1] = 0; //初始化為從第0個位置找到黑線
    
100.                 // for (i = 0; i < 8; i++) {
     
101.                 //         if (ADC_data[i] < 0x40) { //掃描到黑線
     
102.                 //                 TX_data[1] = i;                                          //從第i個開始掃到黑線
     
103.                 //                 i++;
     
104.                 //                 TX_data[0]++; //掃描到黑線的數量
     
105.                 //                 while (i < 8 && ADC_data[i] < 0x40) {
     
106.                 //                         i++;
     
107.                 //                         TX_data[0]++;
     
108.                 //                 }
     
109.                 //                 break;
     
110.                 //         }
     
111.                 // }
     
112. 
     
113.                 // while (!I2C_Write(TX_data, ADDR, 2))
     
114.                 //         ;
     
115.                 P37 = ADC_data[0] > 0x38 ? 1 : 0;
     
116.                 P36 = ADC_data[1] > 0x40 ? 1 : 0;
     
117.                 P35 = ADC_data[2] > 0x40 ? 1 : 0;
     
118.                 P33 = ADC_data[3] > 0x40 ? 1 : 0;
     
119.                 P32 = ADC_data[4] > 0x40 ? 1 : 0;
     
120.                 P31 = ADC_data[5] > 0x40 ? 1 : 0;
     
121.                 P30 = ADC_data[6] > 0x40 ? 1 : 0;
     
122.                 P54 = ADC_data[7] > 0x38 ? 1 : 0;
     
123.                 delay(1);
     
124.         }
     
125. }
     

復制代碼

1. #include "STC15.h"
   
2. #include "./include/delay.h"
   
3. #include <intrins.h>
   
4. 
   
5. sbit LED = P3 ^ 4;
   
6. 
   
7. #define I2CDelay() \
   
8.         {              \
   
9.                 _nop_();   \
   
10.                 _nop_();   \
    
11.                 _nop_();   \
    
12.                 _nop_();   \
    
13.         }
    
14. sbit I2C_SCL = P3 ^ 6;
    
15. sbit I2C_SDA = P3 ^ 7;
    
16. 
    
17. /* I2C總線寫操作，dat-待寫入字節，返回值-主機應答位的值 */
    
18. bit I2CWrite(unsigned char dat)
    
19. {
    
20.         bit ack;                        //用于暫存應答位的值
    
21.         unsigned char mask; //用于探測字節內某一位值的掩碼變量
    
22. 
    
23.         for (mask = 0x80; mask != 0; mask >>= 1) //從高位到低位依次進行
    
24.         {
    
25.                 if ((mask & dat) == 0) //該位的值輸出到SDA上
    
26.                         I2C_SDA = 0;
    
27.                 else
    
28.                         I2C_SDA = 1;
    
29.                 while (I2C_SCL == 0)
    
30.                         ; //等待SCL上升沿
    
31.                 while (I2C_SCL == 1)
    
32.                         ; //等待SCL下降沿
    
33.         }
    
34.         I2C_SDA = 1; // 8位數據發送完后，從機釋放SDA，以檢測應答
    
35.         while (I2C_SCL == 0)
    
36.                 ;                   //等待SCL上升沿
    
37.         ack = I2C_SDA; //讀取此時的SDA值，即為從機的應答值
    
38.         while (I2C_SCL == 1)
    
39.                 ; //等待SCL下降沿
    
40. 
    
41.         return (~ack); //應答值取反以符合通常的邏輯：
    
42.                                    // 0=不存在或忙或寫入失敗，1=存在且空閑或寫入成功
    
43. }
    
44. /* I2C總線讀操作，并發送非應答信號，返回值-讀到的字節 */
    
45. unsigned char I2CReadNAK(unsigned char addr)
    
46. {
    
47.         unsigned char mask;
    
48.         unsigned char dat = 0;
    
49. 
    
50.         // I2C_SDA = 1;  //首先確保釋放SDA
    
51.         // I2C_SCL = 1;  //首先確保釋放SDA
    
52.         for (mask = 0x80; mask != 0; mask >>= 1) //從高位到低位依次進行
    
53.         {
    
54.                 while (I2C_SCL == 0)
    
55.                         ;                          //等待SCL上升沿
    
56.                 if (I2C_SDA == 0) //讀取SDA的值
    
57.                         dat &= ~mask; //為0時，dat中對應位清零
    
58.                 else
    
59.                         dat |= mask; //為1時，dat中對應位置1
    
60.                 while (I2C_SCL == 1)
    
61.                         ; //等待SCL下降沿
    
62.         }
    
63.         if ((dat >> 1) == addr)
    
64.                 I2C_SDA = 0; //地址正確，發送應答信號
    
65.         else
    
66.                 I2C_SDA = 1; //地址錯誤，發送非應答信號
    
67.         while (I2C_SCL == 0)
    
68.                 ; //等待SCL上升沿
    
69.         while (I2C_SCL == 1)
    
70.                 ; //等待SCL下降沿
    
71.         I2C_SDA = 1;
    
72. 
    
73.         return dat;
    
74. }
    
75. 
    
76. /* 讀取函數，buf-數據接收指針，addr-起始地址，len-讀取長度 */
    
77. /*void I2C_Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    
78. {
    
79.         I2CStart();                //發送重復啟動信號
    
80.         I2CWrite((addr<<1)|0x01);  //尋址器件，后續為讀操作
    
81.         while (len > 1)            //連續讀取len-1個字節
    
82.         {
    
83.                 *buf++ = I2CReadACK(); //最后字節之前為讀取操作+應答
    
84.                 len--;
    
85.         }
    
86.         *buf = I2CReadNAK();       //最后一個字節為讀取操作+非應答
    
87.         I2CStop();
    
88. }*/
    
89. /* 寫入函數，buf-源數據指針，addr-起始地址，len-寫入長度 */
    
90. bit I2C_Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len) {
    
91.         unsigned char I2C_SDA_new, I2C_SDA_old, get_addr; //,loop;
    
92.         // I2C_SDA = 1;  //首先確保釋放SDA
    
93.         // I2C_SCL = 1;  //首先確保釋放SCL
    
94.         I2C_SDA_new = I2C_SDA;
    
95.         do {
    
96.                 do
    
97.                         I2C_SDA_old = I2C_SDA_new;
    
98.                 while (((I2C_SDA_new = I2C_SDA) == 1) ||
    
99.                            (I2C_SDA_old == 0)); //等待SDA下降沿
    
100.         } while (I2C_SCL == 0);                        //并且SCL為高電平
     
101.         while (I2C_SCL == 1)
     
102.                 ; //等待SCL下降沿
     
103. 
     
104.         get_addr = (I2CReadNAK(addr) >> 1);
     
105. 
     
106.         if (get_addr == addr) {
     
107.                 LED = 1;
     
108. 
     
109.                 while (len > 0) {
     
110.                         I2CWrite(*buf++);
     
111.                         // if(I2CWrite(*buf++)==0)break;     //寫入一個字節數據
     
112.                         len--; //待寫入長度計數遞減
     
113.                 }
     
114. 
     
115.                 LED = 0;
     
116. 
     
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