AD與DA轉(zhuǎn)換實驗詳解

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實驗報告 院別：電子信息學(xué)院 課程名稱：微處理器實驗 班級 無線技術(shù)14 姓名 學(xué)號 實驗名稱 A/D與D/A轉(zhuǎn)換實驗 實驗時間 2016年11月25日 成績 教師簽名 批改時間 報告內(nèi)容 一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 1熟悉A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的基本原理。 2、掌握單片機(jī)內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器的特性及程序控制方法。 3、掌握利用PWM技術(shù)實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理及程序控制方法。 二、實驗原理簡介 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC的作用是實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換，常用A/D轉(zhuǎn)換器類型包括雙積分型 和逐次逼近型。雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，缺點是轉(zhuǎn)換速度慢。逐次 逼近

2、型A/D轉(zhuǎn)換器速度較快，精度略低于雙積分型。 STC12C5A60S單片機(jī)內(nèi)部自帶 8路10位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器，可在程序控制下，將 ADCOADC（與 P1 口引腳復(fù)用）中任何一路模擬輸入轉(zhuǎn)換為等比例的10位數(shù)字量。為便于程序控制， STC12C5A60S 新增多個與A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的特殊功能寄存器（ SFR，常用寄存器的功能及各位含義如下： P1ASF模擬功能控制寄存器（字節(jié)地址為 9DH P17ASF 卩 1 BASF P15ASF PM ASF P12ASF PlASF PlOASF P1ASF P1ASF 的Di位設(shè)為0時，P1.i位用作普通I/O 口； P1ASF 的Di位設(shè)

3、為1時，P1.i位用作ADCi模擬輸入引腳。 ADC_CONTRDC控制寄存器（字節(jié)地址為 BCH )C WEI? SPEED! SPEEDO ADC FLAG ADC START CHS2 IS1 ITSU ADC COSTR ADCPOWER于A/D轉(zhuǎn)換器電源控制，設(shè)為 0時，關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源，設(shè)為1時，開啟A/D 轉(zhuǎn)換器電源。 開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源； SPEED1、SPEED（用于A/D轉(zhuǎn)換速度設(shè)置，設(shè)為00/01/10/11 時，A/D轉(zhuǎn)換分別需要 540/360/180/90 個時鐘周期； ADC_FLAG為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，A/D轉(zhuǎn)換完成后 ADC_FLA（自動置1 （需通過程序

4、清 0）; ADC_START用于A/D轉(zhuǎn)換啟動控制，設(shè)為 1時，開始A/D轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換結(jié)束后 ADC_STAR自動清0）; CHS2、CHS1 CHS0用于模擬輸入通道選擇，其8種組合分別對應(yīng)選擇 ADC0ADC通道。 ADC_RE和ADC_RESLA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（字節(jié)地址分別為BDH和 BEH ADC RES D9 )8 1 06 IM （）F riir ADC RESL r)i IX) 注：STC12C5A60S新增AUXR1寄存器中 ADRJ位由復(fù)位時默認(rèn)的 0改為1,貝U ADC RE和 ADC RES 將改為分別存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的咼 2位和低8位。 此外，STC12C5A60S2的

5、 A/D轉(zhuǎn)換器也支持中斷控制。 STC12C5A60S2中A/D轉(zhuǎn)換器的控制流程與傳統(tǒng)ADC0809芯片類似：1）設(shè)置P1ASF寄存器，指定 P1 口某口線用作 ADC輸入引腳；2）設(shè)置ADC CONT寄存器，開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源，選擇轉(zhuǎn)換速度及通 道，并啟動轉(zhuǎn)換；3）查詢ADC CONT寄存器的ADC FLAG位，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；4） ADC FLAG位變?yōu)?1時，轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取 ADC RES ADC RES寄存器，組成10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 圖3.8.1為ZSC-1實驗箱的STC12C5A60S2勺A/D轉(zhuǎn)換實驗電路。電位器 W101產(chǎn)生05V模擬電壓, 通過ADC1引腳輸入單片機(jī)進(jìn)行

6、 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過發(fā)光管 L101L108以二進(jìn)制或其它形式顯示, 也可用于控制蜂鳴器 BZ1的發(fā)聲頻率。 SfcUl 黃Tt L：CAMIS2 Vcc Vcc tM.l/.VXL 跖“ Pill Fii 2 Pl) t 剛J Pl.0 Pfl.7 -n- 丄FQ -= -c=l- 圖3.8.1 A/D 轉(zhuǎn)換實驗電路 D/A 轉(zhuǎn)換器（DAC的作用是實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的線性轉(zhuǎn)換。為實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，除了在單片機(jī)外 部配置專用D/A轉(zhuǎn)換器芯片外，還可使用成本較低的PWM加低通濾波的方法，其依據(jù)的主要原理是： PWM!號的平均電壓正比于信號的占空比。本實驗即使用該方法實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，電路如圖

7、3.8.2所示。 單片機(jī)在程序控制下，以一定的時間間隔，通過P1.4 口線動態(tài)輸出不同占空比的PWM信號，經(jīng)電阻、 電容組成的低通濾波器濾波后，即可在排針J101的2腳得到各時間點幅值正比于對應(yīng)占空比的連續(xù)模 擬信號。 對于普通80C51單片機(jī)，一般是通過程序控制通用定時/計數(shù)器并配合中斷處理， 來產(chǎn)生所需的PWM 信號。STC12C5A60S2除具有普通80C51的兩個通用定時/計數(shù)器外，還增加了具有多種工作模式的兩路 可編程計數(shù)器陣列（PCA）模塊，能夠非常方便地產(chǎn)生兩路頻率相同而占空比獨立的PWM!號，其中， PWM通過P1.3 （也可切換到 P4.2 ）輸出，PWM通過P1.4 （也可

8、切換到 P4.3）輸出。 PJ 4 圖3.8.2 D/A 轉(zhuǎn)換實驗電路 STC12C5A60S2新增多個與 PCA相關(guān)的SFR其中，本實驗涉及的 PWM輸出相關(guān)的 SFR包括: CCON PCA控制寄存器（字節(jié)地址為 D8H CCON Cl-CR-CCI-1 CCI-O 其中，CR為PCA運行控制位，設(shè)為 0時，關(guān)閉PCA，設(shè)為1時，啟動PCA。 CMODPCA工作模式寄存器（字節(jié)地址為 D9H cini. CPS2 CPSl 匸PSO VCl? 其中，CPS2、CPS1、CPS0、用于PCA時鐘源選擇，例如，100組合時以系統(tǒng)時鐘（其頻率為晶振頻 率）為PCA時鐘，000組合時以系統(tǒng)時鐘的

9、12分頻為PCA時鐘。 CCAPM1PCA模塊1的模式寄存器（字節(jié)地址為 DBH ccawi ECOM CAPP CAPNl MATI TOGI rmECCFl 其中，為使PCA模塊1工作在8位PWM無中斷模式，應(yīng)將 ECOM1和PWM1兩位設(shè)為1,其它 位設(shè)為0。 此外，CCAP1H（字節(jié)地址為 FBH和CCAP1L（字節(jié)地址為 EBH分別是PCA模塊1捕捉/比較寄存 器的高8位和低8位。在8位PWM模式下，當(dāng)PCA計數(shù)器低8位（CL）的值小于CCAP1L時，PWM1I腳 輸出為低，大于或等于 CCAP1LM, PWM引腳輸出為高；另外，當(dāng) CL的值由FFH加到00H （溢出）時， CCAP

10、1H勺當(dāng)前值自動加載到 CCAP1沖，因此，程序只需對CCAP1H進(jìn)行設(shè)定，即可在PWM引腳穩(wěn)定輸 出相應(yīng)占空比的PWMt號。 三、實驗設(shè)備 1、PC機(jī)一臺（已安裝 Keil uVision 、STC_ISP等軟件）； 2、ZSC-1單片機(jī)實驗箱一臺。 四、實驗內(nèi)容和步驟 實驗步驟： 在Keil中編寫源程序。 在Keil中創(chuàng)建工程，加入源程序文件， 設(shè)置選項，進(jìn)行匯編/編譯、連接、轉(zhuǎn)換處理，生成HEX 格式的單片機(jī)程序文件。 用串行電纜連接實驗箱和PC機(jī)各自的串行通信口，并運行PC機(jī)上的STC_ISP程序，進(jìn)行單片 機(jī)程序下載（注意 MCU1要先斷電再上電）。 運行單片機(jī)程序，調(diào)節(jié)W101電位

11、器，觀察發(fā)光管顯示的變化。 實驗內(nèi)容： （一） A/D （Mcu1 內(nèi)部 ADC） 1、設(shè)計程序，以0.2秒為間隔，采集 ADC （ P1.1）腳的輸入電壓，將數(shù)字量顯示在LED上，并通過 串口發(fā)送出去。 程序代碼如下： #in clude #i nclude typedef un sig ned char uin t8; sfr P1ASF=0 x9D; sfr ADC_CONTR=0 xBC; sfr ADC_RES=0 xBD; uin t8 ADC(ui nt8 ch); void Uartl ni t(); void UartSe ndByte(ui nt8 x); void Del

12、ay(i nt ms); void mai n() uin t8 N; Uartl nit(); while(1) N=ADC; P0=N; UartSe ndByte(N); Delay(200); uin t8 ADC(ui nt8 ch) P1ASF=1ch; ADC_CONTR=Ox88+ch; _n op_(); while(ADC_CONTR ADC_CONTR return ADC_RES; void UartI nit() TMOD=0 x20; TH1=TL 仁OxFD; TR1=1; SCON=Ox5O; void UartSe ndByte(ui nt8 x) SBUF=

13、x; while(!TI); TI=0; void Delay(i nt ms) int i; while(ms-) for(i=700;i;i-); 仿真結(jié)果如下： 程序文件| EEFM 文件 申LI助于 工程文件| 接收/鍵盤發(fā)送緩沖區(qū) IF 4E 4E 4E 4E 4E 4E 47 38 35 巧 丁 2(7 冥 2-? 29 29 2? 29 23 00 00 00 00 00 00 00 00 22 43 4B 4B 4B 4A 4C 4A 4B 4B 4B 4A FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF ?F FF FF FF FF FF FF FF FF FF

14、FF FF FF FF 35294D4BFFFF 35 3S 35 36 35 3 sfr P1ASF=0 x9D; sfr ADC_CONTR=OxBC; sfr ADC_RES=0 xBD; uint8 ADC(uint8 ch); void UartI ni t(); void UartSe ndByte(ui nt8 x); void Delay(i nt ms); void mai n() uin t8 N; UartI nit(); while(1) N=ADC(1); P0=N; P0=(1N/32); Delay(200); N+=1000; while(-N); P1A1=0

15、 x01; uin t8 ADC(ui nt8 ch) P1ASF=1ch; ADC CONTR=0 x88+ch; _no p_(); while(ADC_CONTR ADC_CONTR return ADC_RES; void UartI nit() TMOD=0 x20; TH1=TL 仁OxFD; TR1=1; SCON=Ox5O; void UartSe ndByte(ui nt8 x) SBUF=x; while(!TI); TI=0; void Delay(i nt ms) int i; while(ms-) for(i=700;i;i-); (二) D/A (Mcu1 內(nèi)部 P

16、CA 輸出 PWM+ 外部 RCLPF) 1、設(shè)計程序，利用STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)部PCA模塊產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)低通濾波后輸出鋸齒 波。 程序代碼如下： #in clude typedef un sig ned char uin t8; typedef un sig ned int uin t16; sfr CMOD=0 xD9; sfr CCAP M仁 0 xDB; sbit CR=0 xDE; sfr CCAP1H=0 xFB; sbit bo=P1A1; void Delay(uint16 ms); void Pwml nit() CMOD=0 x08; CCAP M仁 0

17、x42; CR=1; void PwmOut(ui nt8 Duty) CCAP1H=255-Duty; void mai n() int i,j; PwmI ni t(); /*while PwmOut(30); Delay(800); PwmOut(120); Delay(800); */ while(1) for(i=1;i254;i+) PwmOut(i); j=100; while(-j); void Delay(uint16 ms) int i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j100;j+); 仿真波形如右圖所示： 2、設(shè)計程序，利用 STC12C5A60S

18、2 單片機(jī)內(nèi)部 PCA模塊產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)低通濾波后輸出正弦 波。 程序代碼如下： #in elude typedef un sig ned char uin t8; typedef un sig ned int uin t16; sfr CMOD=OxD9; sfr CCAP M仁 0 xDB; sbit CR=0 xDE; sfr CCAP1H=0 xFB; sbit bo=P1A1; uin t8 code Sin Table=127,152,176,199,218,234,245,252, 254,251,242,230,213,192,170,145, 120, 95, 71,49, 31, 16,6,1, 0,5, 15, 29, 45, 68, 92,116; void Delay(uint16 ms); void Pwml nit() CMOD=0 x08; CCAP M仁 0 x42; CR=1; void PwmOut(ui nt8 Duty) CCAP1H=255-Duty; void mai n() int i,j; Pwml ni t(); /*while(1) PwmOut(30); Delay(800); PwmOut(120); Delay(800); */ whi