第5章模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器

第5章

模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模擬量隨時(shí)間連續(xù)變化的量可以是電量，如模擬電壓、電流，也可以是非電量，如溫度、濕度、壓力、氣體濃度等數(shù)字量離散變化的量A/D轉(zhuǎn)換器（ADC：AnalogtoDigitalConverter）是一種能把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量的電子器件。一般先用傳感器或變送器采集非電模擬量轉(zhuǎn)換成電模擬量D/A轉(zhuǎn)換器（DAC：DigitaltoAnalogConverter）則相反，它能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。數(shù)據(jù)采集過程控制單片機(jī)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖

多路開關(guān)A/D其它功能

D/A被控實(shí)體單片機(jī)傳感器傳感器模擬→數(shù)字?jǐn)?shù)字→模擬非電模擬量→電模擬量選擇一路5.1模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

5.3電壓基準(zhǔn)

5.4比較器第5章

模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器5.1模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5.1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換原理和性能指標(biāo)5.1.2C8051F020的ADC0功能結(jié)構(gòu)5.1.3模擬多路選擇器和PGA5.1.4ADC的工作方式5.1.5ADC0可編程窗口檢測器5.1.6ADC1（8位ADC）5.1.7模數(shù)轉(zhuǎn)換舉例5.1模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、壓力、濕度、溫度等隨時(shí)間連續(xù)變化的非電的物理量。非電的模擬量可通過合適的傳感器（如光電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器）轉(zhuǎn)換成電信號。C8051F020片內(nèi)包含一個9通道的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0和一個8通道8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC1。5.1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換原理即性能指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換原理種類（按轉(zhuǎn)換原理分）計(jì)數(shù)式簡單、速度慢，很少使用并行式速度最快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高，用于速度要求極高場合雙積分式抗干擾能力強(qiáng)、精度高、速度較慢，用于儀器儀表逐次逼近式

結(jié)構(gòu)簡單、速度較高，計(jì)算機(jī)測控中常用轉(zhuǎn)換原理—計(jì)數(shù)式時(shí)鐘復(fù)位數(shù)字輸出比較器模擬輸入計(jì)數(shù)器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束以最低位為增減量的逐步計(jì)數(shù)法轉(zhuǎn)換原理—逐次逼近式

N位寄存器VsABVxN位D/A控制邏輯比較器模擬量輸入啟動DONE從最高位開始的逐位試探法（１）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器控制邏輯先將結(jié)果寄存器的最高位Dn-1置1若Vx＞Vs則保留此位Dn-1（為1），否則將Dn-1清0。然后控制邏輯將結(jié)果寄存器的次高位Dn-2置1Vs再和Vx比較，以決定Dn-2位保留為1還是清成“0”，依次類推到最低位D0。結(jié)果寄存器的狀態(tài)便是與輸入的模擬量Vx對應(yīng)的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換原理—雙積分式

也稱二重積分式，其實(shí)質(zhì)是測量和比較兩個積分的時(shí)間。一個是對輸入模擬電壓積分的時(shí)間T0，此時(shí)間往往是固定的；另一個是以充電后的電壓Vi為初值，對參考電源Vref反向積分，積分電容被放電至零所需的時(shí)間Ti(Vref

與Vi符號相反)。模擬輸入電壓Vi與參考電壓Vref之比，等于上述兩個時(shí)間之比。由于Vref

、T0

固定，而放電時(shí)間Ti可以測出，因而可計(jì)算出模擬輸入電壓的大小。

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖Ti1tA控制邏輯B-+計(jì)數(shù)器時(shí)鐘Vi模擬輸入Vref標(biāo)準(zhǔn)電壓Vi2Vi1Ti2固定積分時(shí)間積分輸出開始斜率固定(b)積分原理(a)原理框圖T02．性能指標(biāo)(1)衡量A/D性能的主要參數(shù)是：（1）

分辨率（resolution）分辨率是指輸出的數(shù)字量變化一個相鄰的值所對應(yīng)的輸入模擬量的變化值；取決于輸出數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。一個n位的A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小輸入模擬增量定義為滿量程值的2-n倍。例如，滿量程為10V的8位A/D芯片的分辨率為

10V×2-8＝39mV；而16位的A/D是

10V×2-16＝153μV。2．性能指標(biāo)(2)（2）滿刻度誤差（fullscaleerror） 滿刻度誤差也稱增益誤差，即輸出全1時(shí)輸入電壓與理想輸入量之差。（3）轉(zhuǎn)換速率（conversionrate） 轉(zhuǎn)換速率是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。（4）轉(zhuǎn)換精度（conversionaccuracy） 轉(zhuǎn)換精度由模擬誤差和數(shù)字誤差組成。模擬誤差屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量決定，數(shù)字誤差和A/D輸出數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，誤差越小。5.1.2C8051F020的ADC0功能結(jié)構(gòu)(1)C8051F020的ADC0子系統(tǒng)是一個100ksps、12位分辨率的逐次逼近型ADC。一個9通道的可編程模擬多路選擇器（AMUX0）一個可編程增益放大器（PGA0）一個100ksps、12位分辨率的逐次逼近型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。ADC0子系統(tǒng)功能框圖

輸入方式配置

通道選擇

配置寄存器

控制寄存器內(nèi)置溫度傳感器窗口寄存器窗口比較中斷5.1.3模擬多路選擇器和PGA(1)模擬多路選擇器AMUX（AnalogMultiplexer）中的8個通道用于外部測量，而第9通道在內(nèi)部被接到片內(nèi)溫度傳感器。9個通道通過通道選擇寄存器AMX0SL和配置寄存器AMX0CF進(jìn)行選擇和配置?？梢詫MUX輸入對編程為差分或單端方式。5.1.3模擬多路選擇器和PGA(2)配置寄存器AMX0CF的格式如下：

R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W復(fù)位值－－－－AIN67ICAIN45ICAIN23ICAIN01IC00000000位7位6位5位4位3位2位1位0SFR地址：0xBA位3：AIN67IC：AIN6、AIN7輸入對配置位

0:AIN6和AIN7為獨(dú)立的單端輸入

1:AIN6,AIN7為+,-差分輸入對注：差分通道輸出的數(shù)據(jù)格式是2的補(bǔ)碼5.1.3模擬多路選擇器和PGA(3)通道選擇寄存器AMX0SL的格式如下：

R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W復(fù)位值－－－－AMX0AD3AMX0AD2AMX0AD1AMX0AD000000000位7位6位5位4位3位2位1位0SFR地址：0xBB位3-0：AMX0AD3-0:AMUX0地址位0000-1111b:根據(jù)不同組合選擇ADC輸入的通道。

模擬通道配置5.1.3模擬多路選擇器和PGA(4)PGA(programmablegainamplifier)，可編程增益放大器。對AMUX輸出信號的放大倍數(shù)由ADC0配置寄存器ADC0CF中的AMP0GN2-0確定。PGA增益可以用軟件編程為0.5、1、2、4、8或16，復(fù)位后的默認(rèn)增益為1。注意，PGA0的增益對溫度傳感器也起作用。P244ADC0CF格式5.1.4ADC的工作方式

(1)1．轉(zhuǎn)換過程由控制寄存器ADC0CN來設(shè)置和控制，其格式如下：R/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W復(fù)位值A(chǔ)D0ENAD0TMAD0INTAD0BUSYAD0CM1AD0CM0AD0WINTAD0LJST00000000位7使能位

位6跟蹤方式位5轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷位4忙標(biāo)志

位3啟動方式

位2啟動方式位1窗口比較中斷位0對齊方式SFR地址：0xE85.1.4ADC的工作方式

(2)C8051F020的ADC0有4種轉(zhuǎn)換啟動方式，由ADC0CN中的ADC0啟動轉(zhuǎn)換方式位（AD0CM1，AD0CM0）的狀態(tài)決定。00：向AD0BUSY寫1時(shí)啟動01：定時(shí)器3溢出時(shí)啟動10：CNVSTR上升沿啟動11：定時(shí)器2溢出時(shí)啟動AD0BUSY位在轉(zhuǎn)換期間為1，轉(zhuǎn)換結(jié)束后復(fù)0，并置中斷標(biāo)志AD0INT。查詢方式編程步驟（1）寫0到AD0INT；（2）向AD0BUSY寫1，啟動轉(zhuǎn)換；（3）查詢并等待AD0INT變1；（4）處理ADC0數(shù)據(jù)

AD0INT=0; AD0BUSY=1; while(!AD0INT); result=ADC0;2．跟蹤方式

每次ADC轉(zhuǎn)換之前都必須有一段最小的跟蹤時(shí)間，以保證得到精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC0CN中的AD0TM位控制ADC0的跟蹤保持方式。在缺省狀態(tài)，除了轉(zhuǎn)換期間ADC0輸入被連續(xù)跟蹤。當(dāng)AD0TM=1，ADC0工作在低功耗跟蹤保持方式。每次轉(zhuǎn)換之前都有3個SAR時(shí)鐘的跟蹤周期（在啟動轉(zhuǎn)換信號有效之后）。當(dāng)CNVSTR信號用于在低功耗跟蹤保持方式啟動轉(zhuǎn)換時(shí)，ADC0只在CNVSTR為低電平時(shí)跟蹤；在CNVSTR的上升沿開始轉(zhuǎn)換。當(dāng)整個芯片處于低功耗待機(jī)或休眠方式時(shí)，跟蹤可以被禁止（關(guān)斷）。12位ADC跟蹤和轉(zhuǎn)換時(shí)序

CNVSTR低電平跟蹤，上升沿開始轉(zhuǎn)換只跟蹤3個周期轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)入低功耗狀態(tài)除轉(zhuǎn)換外一直跟蹤3．建立時(shí)間要求當(dāng)ADC0輸入配置發(fā)生改變時(shí)（AMUX或PGA的選擇發(fā)生變化），在進(jìn)行一次精確的轉(zhuǎn)換之前需要有一個最小的跟蹤時(shí)間，稱建立時(shí)間。對于一個給定的建立精度（SA），所需要的ADC0建立時(shí)間可以用方程估算：

ADC0建立時(shí)間

:SA是建立精度，用一個LSB的分?jǐn)?shù)表示（例如，建立精度0.25對應(yīng)1/4LSB）；t為所需要的建立時(shí)間，以秒為單位；RTOTAL為ADC0模擬多路器電阻與外部信號源電阻之和；n為ADC0的分辨率，用比特表示。

ADC0等效輸入電路

4．轉(zhuǎn)換結(jié)果格式12位轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在ADC0H、ADC0L中。AD0LJST＝0：數(shù)據(jù)右對齊，ADC0H的位7-4為位3的符號擴(kuò)展位、位3-0是12位ADC0數(shù)據(jù)字的高4位。ADC0L的位7-0為12位ADC0數(shù)據(jù)字的低8位。AD0LJST＝1：數(shù)據(jù)左對齊，ADC0H位7-0為12位ADC0數(shù)據(jù)字的高8位。ADC0L的位7-4為12位ADC0數(shù)據(jù)字的低4位，ADC0L的位3-0恒為0。符號擴(kuò)展ADC0H（4位）ADC0L（8位）ADC0H（8位）ADC0L（5位）000數(shù)據(jù)字轉(zhuǎn)換表

AIN0為單端輸入方式：數(shù)據(jù)是無符號數(shù)高4位為0（符號）低4位為0AIN0-AIN1為差分輸入對：

數(shù)據(jù)為帶符號數(shù)（右對齊，高四位為補(bǔ)碼符號擴(kuò)展）高4位為符號擴(kuò)展低4位為05.1.5ADC0可編程窗口檢測器

ADC0可編程窗口檢測器提供一個中斷，當(dāng)ADC0轉(zhuǎn)換值在下限（大于）寄存器ADC0GTH：ADC0GTL和上限（小于）寄存器ADC0LTH：ADC0LTL范圍之內(nèi)，并且中斷開啟時(shí)，引發(fā)相應(yīng)中斷。下限值<上限值時(shí)，檢測值位于極限值內(nèi)時(shí)有效，可引起中斷。下限值>上限值時(shí)，檢測值位于極限值以外時(shí)有效，可引起中斷。默認(rèn)下限值為0xffff，上限值為0x0000，全范圍不引發(fā)中斷。ADC0右對齊的單端數(shù)據(jù)窗口中斷示例

數(shù)據(jù)在此范圍中斷ADC0右對齊的差分?jǐn)?shù)據(jù)窗口中斷示例數(shù)據(jù)在此范圍中斷ADC0左對齊的單端數(shù)據(jù)窗口中斷示例數(shù)據(jù)在此范圍中斷ADC0左對齊的差分?jǐn)?shù)據(jù)窗口中斷示例數(shù)據(jù)在此范圍中斷5.1.6ADC1（8位ADC）

C8051F020還有一個ADC1子系統(tǒng)，包括一個8通道（無內(nèi)置的溫度通道）的可配置模擬多路開關(guān)（AMUX1），一個可編程增益放大器（PGA1）和一個500ksps、8位分辨率的逐次逼近型ADC，該ADC中集成了跟蹤保持電路。

與ADC1工作有關(guān)的SFR有ADC1配置寄存器ADC1CF、AMUX配置寄存器AMX1SL、ADC1控制寄存器ADC1CN、ADC1數(shù)據(jù)寄存器ADC1。

與ADC0區(qū)別：無窗口比較功能，無差分方式，只有4種增益倍數(shù)，啟動方式增加到5種。ADC1原理框圖

選擇通道

放大倍數(shù)

轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率

3．跟蹤方式

ADC1CN中的AD1TM位控制ADC1的跟蹤保持方式。工作原理與過程同ADC0類似。ADC1跟蹤和轉(zhuǎn)換時(shí)序舉例

內(nèi)容回顧A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字量的電子器件。數(shù)據(jù)采集按原理分類并行式、計(jì)數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式分辨率：滿量程電壓/2nD/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬量的電子器件。自動控制單片機(jī)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖

多路開關(guān)A/D其它功能

D/A被控實(shí)體單片機(jī)傳感器傳感器數(shù)據(jù)采集自動控制內(nèi)容回顧通道配置與選擇差分、單端AMX0CF、AMX0SL增益放大與轉(zhuǎn)換時(shí)鐘控制0.5、1、2、4、8、16ADC0CF啟動方式向AD0BUSY位寫1T3溢出T2溢出外部信號啟動（CNVSTR上升沿）跟蹤方式每次ADC轉(zhuǎn)換之前必須有一段最小的跟蹤時(shí)間，以保證得到精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果連續(xù)跟蹤（默認(rèn)）低功耗跟蹤（轉(zhuǎn)換啟動后跟蹤3個SAR時(shí)鐘周期或CNVSTR為低時(shí)跟蹤）數(shù)據(jù)對齊方式左對齊、右對齊內(nèi)容回顧—ADC0組成內(nèi)容回顧可編程窗口檢測器下限值<上限值時(shí)，檢測值位于極限值內(nèi)時(shí)有效，可引起中斷。下限值>上限值時(shí)，檢測值位于極限值以外時(shí)有效，可引起中斷。軟件啟動轉(zhuǎn)換、查詢方式讀結(jié)果方法寫0到AD0INT；向AD0BUSY寫1，啟動轉(zhuǎn)換；查詢并等待AD0INT變1；處理ADC0數(shù)據(jù)5.1.7模數(shù)轉(zhuǎn)換舉例1．片內(nèi)溫度傳感器數(shù)據(jù)采集C8051F020的ADC0中有一個片內(nèi)溫度傳感器，溫度傳感器產(chǎn)生一個與器件內(nèi)部溫度成正比的電壓，作為單端輸入提供給AMUX，轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算可以轉(zhuǎn)換成度數(shù)表示的溫度。溫度轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用有系統(tǒng)環(huán)境檢測、系統(tǒng)過熱測試和在基于熱電偶的應(yīng)用中測量冷端溫度。本例使用左對齊，這樣可使代碼的權(quán)值與ADC的位數(shù)（12或10）無關(guān)。ADC轉(zhuǎn)換步驟

（1）通過將TEMPE（REF0CN.2，P276）設(shè)置為1來允許溫度傳感器工作。模擬偏置發(fā)生器和內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的允許位REF0CN.1和REF0CN.0也要置1。即：movREF0CN，#07h；允許溫度傳感器、模擬偏置發(fā)生器和電壓基準(zhǔn)（2）選擇溫度傳感器作為ADC的輸入。這可以通過寫AMX0SL來完成，例如：movAMX0SL，#0fh；選擇溫度傳感器作ADC輸入,1×××（3）設(shè)置位于ADC0CF中的ADC0SAR時(shí)鐘分頻系數(shù)，特別是ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘的周期至少應(yīng)為500ns。ADC轉(zhuǎn)換步驟（4）選擇ADC的增益。如果使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，則該值大約為2.4V。溫度傳感器所能產(chǎn)生的最大電壓值稍大于1V。因此，可以安全地將ADC的增益設(shè)置為2，以提高溫度分辨率。設(shè)置ADC增益的配置位在ADC0CF中。所以，有

movADC0CF,#61h;設(shè)置ADC的時(shí)鐘為SYSCLK/13、增益為2，P245（5）將ADC配置為低功耗跟蹤方式，向AD0BUSY寫1啟動轉(zhuǎn)換

movADC0CN,#C1H；允許ADC；AD0BUSY作轉(zhuǎn)換啟動信號（6）至此，可以通過將AD0BUSY寫1來啟動一次轉(zhuǎn)換：

setbAD0BUSY

；

啟動轉(zhuǎn)換（7）用查詢或中斷方式（ADC0CN的AD0INT位）等待轉(zhuǎn)換完成。ADC輸出寄存器中的值就是與絕對溫度成正比的代碼。如何通過采樣值得到溫度的攝氏度數(shù)值：溫度傳感器產(chǎn)生一個與器件內(nèi)部絕對溫度成正比的電壓輸出。

Vtemp——溫度傳感器的輸出電壓；

Temp——器件內(nèi)部的攝氏溫度值。溫度傳感器的傳輸特性

A/D的輸出值為：

CODE——左對齊的ADC輸出代碼；

Gain——PGA的增益；

VREF——電壓基準(zhǔn)的電壓值。假設(shè)Gain=2和VREF=2.43V，得到輸出溫度值為式

其中

Temp——溫度的攝氏度數(shù)值。

實(shí)際的環(huán)境溫度測量溫度傳感器測量的是器件的內(nèi)部溫度。如果希望測量環(huán)境溫度，則必須考慮器件的自熱效應(yīng)。由于器件功率消耗的原因，測量值很可能比環(huán)境溫度值高幾度。

一種方法是在器件上電之后立即啟動一次轉(zhuǎn)換，得到一個“冷”溫度值；然后大約經(jīng)過1min之后再測量一次，得到一個“熱”溫度值。這兩個測量值的差就是因自熱而產(chǎn)生的溫度增加值。

另一種方法是讓器件從一個低的SYSCLK頻率開始工作，例如32kHz，進(jìn)行一次溫度測量，然后再讓器件工作在較高頻率，例如16MHz的內(nèi)部振蕩器，取兩者之差。在時(shí)鐘頻率更低時(shí)自熱值是可忽略的，因?yàn)榇藭r(shí)器件的功耗很低。

（1）查詢法程序ADC0配置為寫AD0BUSY作為轉(zhuǎn)換的開始信號；溫度傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成攝氏溫度由UART0傳輸出去；通過PC機(jī)超級終端（或其他串口調(diào)試程序）來觀察溫度采樣值。假設(shè)在XTAL1和XTAL2之間連接22.1184MHz晶振系統(tǒng)時(shí)鐘頻率存儲在全局常量SYSCLK中，目標(biāo)器件UART波特率存儲在全局常量BAUDRATE中

主程序voidmain(void){longtemperature; //溫度inttemp_int,temp_frac; //溫度的整數(shù)和小數(shù)部分WDTCN=0xde; //禁止看門狗定時(shí)器WDTCN=0xad;SYSCLK_Init(); //初始化振蕩器PORT_Init(); //初始化數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和通用IO口UART0_Init(); //初始化UART0ADC0_Init(); //初始化和使能ADCwhile(1){AD0INT=0;

//清除轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)記，見P246步驟AD0BUSY=1;

//啟動轉(zhuǎn)換while(AD0INT==0); //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束temperature=ADC0; //讀ADC0數(shù)據(jù)temperature=temperature-41857;

//減去偏移量，對應(yīng)0℃的值。temperature=(temperature*100L)/154; //計(jì)算出對應(yīng)的溫度值temp_int=temperature/100; //得到溫度值的整數(shù)部分temp_frac=temperature-(temp_int*100); //得到溫度值的小數(shù)部分printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);//串口輸出}}問題：temperature為什么要定義成long類型？C51用其實(shí)現(xiàn)UART通信系統(tǒng)時(shí)鐘初始化//此程序初始化系統(tǒng)時(shí)鐘使用外部22.1184MHz晶體作為時(shí)鐘源voidSYSCLK_Init(void){inti; //延時(shí)計(jì)數(shù)器OSCXCN=0x67; //啟動外部振蕩器22.1184MHz晶體for(i=0;i<256;i++);//等待振蕩器啟動

(>1ms)while(!(OSCXCN&0x80)); //等待晶體振蕩器穩(wěn)定OSCICN=0x88;//選擇外部振蕩器為系統(tǒng)時(shí)鐘源并使能時(shí)鐘丟失檢測器}

詳見P75建議過程IO口初始化

//配置數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和通用I/O口voidPORT_Init(void){XBR0=0x04; //使能UART0XBR1=0x00;//可去掉XBR2=0x40; //使能數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和弱上拉P0MDOUT|=0x01; //使能TX0，推挽輸出}同P179串口交叉開關(guān)配置UART0初始化//配置UART0使用定時(shí)器1產(chǎn)生波特率voidUART0_Init(void){SCON0=0x50; //SCON0:模式1，8位UART,允許RXTMOD=0x20; //TMOD:1定時(shí)器，

模式2，

8位重裝TH1=-(SYSCLK/BAUDRATE/16);//T1重裝值，P193公式TR1=1; //啟動定時(shí)器1CKCON|=0x10; //定時(shí)器1使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基PCON|=0x80; //SMOD0=1TI0=1; //表示發(fā)送就緒}ADC0初始化//配置ADC0使用AD0BUSY作為轉(zhuǎn)換源,使用左對齊輸出模式,//使用正常跟蹤模式,測量片內(nèi)溫度傳感器器輸出//禁止ADC0轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷和ADC0窗口比較器中斷voidADC0_Init(void){ADC0CN=0x81; //ADC0使能；正常跟蹤模式；寫AD0BUSY時(shí)啟動轉(zhuǎn)換；

//數(shù)據(jù)左對齊REF0CN=0x07; //使能溫度傳感器片內(nèi)VREF和VREF輸出緩沖器AMX0SL=0x0f; //選擇溫度傳感器作為ADC多路模擬轉(zhuǎn)換器輸出ADC0CF=(SYSCLK/2500000-1)<<3;//ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘=2.5MHzADC0CF|=0x01; //PGA增益=2EIE2&=~0x02;

//禁止ADC0EOC中斷EIE1&=~0x04;

//禁止ADC0窗口比較器中斷}P244（2）中斷方式程序

在中斷模式使用T3溢出作為啟動轉(zhuǎn)換信號，

測量片內(nèi)溫度傳感器輸出。ADC0結(jié)果經(jīng)簡單的均值濾波處理，均值濾波計(jì)數(shù)值由常量INT_DEC給出。ADC結(jié)果經(jīng)計(jì)算得出溫度從UART0傳輸。假設(shè)在XTAL1和XTAL2之連接22.1184MHz晶體。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率存儲在全局常量SYSCLK目標(biāo)UART波特率存儲在全局常量BAUDRATE。

ADC0采樣率存儲在全局常量SAMPLERATE0。

主程序Timer3_Init(SYSCLK/SAMPLERATE0);//初始化定時(shí)器3溢出為采樣速率ADC0_Init(); //初始化ADCAD0EN=1; //使能ADC，也可以放在初始化里使能EA=1; //使能所有中斷while(1){EA=0; //禁止中斷temperature=result;EA=1; //重新使能中斷temperature=temperature-41857;//計(jì)算溫度（百分之一精度）temperature=(temperature*100L)/154;temp_int=temperature/100;temp_frac=temperature-(temp_int*100);printf(“Temperatureis%+02d.%02d\n”,temp_int,temp_frac);}ADC0初始化//配置ADC0使用定時(shí)器3溢出作為轉(zhuǎn)換源,轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷//使用左對齊輸出模式允許ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷,禁止ADCvoidADC0_Init(void){ADC0CN=0x05; //ADC0禁止;正常跟蹤

mode;T3溢出開始轉(zhuǎn)換

//數(shù)據(jù)左對齊REF0CN=0x07; //允許溫度傳感器片內(nèi)VREF和VREF輸出緩沖器AMX0SL=0x0f; //選擇溫度傳感器作為ADC多路模擬轉(zhuǎn)換輸出ADC0CF=(SYSCLK/2500000-1)<<3;//ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘=2.5MHzADC0CF|=0x01;//PGA增益=2EIE2|=0x02; //允許ADC中斷}定時(shí)器3初始化//配置定時(shí)器3,自動重裝間隔由“counts”指定,

不產(chǎn)生//中斷,使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基.voidTimer3_Init(intcounts){TMR3CN=0x02; //停止定時(shí)器3;清除

TF3;//使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基TMR3RL=-counts; //初始化重裝值TMR3=0xffff; //設(shè)置為立即重裝EIE2&=~0x01; //禁止定時(shí)器3中斷TMR3CN|=0x04; //起動定時(shí)器3}中斷服務(wù)程序//得到ADC0采樣值,將它加到運(yùn)行總數(shù)accumulator中,//當(dāng)int_dec為0時(shí),在全局變量result放置數(shù)字濾波后的結(jié)果voidADC0_ISR(void)interrupt15{staticunsignedint_dec=INT_DEC;//數(shù)字濾波計(jì)數(shù)器，

//int_dec=0時(shí)重設(shè)新值staticlongaccumulator=0L;AD0INT=0; //清除ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志accumulator+=ADC0; //讀ADC值并加到運(yùn)行總數(shù)中int_dec--; //更新數(shù)字濾波計(jì)數(shù)器if(int_dec==0){ //如果為0，計(jì)算結(jié)果

int_dec=INT_DEC;

//重設(shè)計(jì)數(shù)器

result=accumulator>>8;

//除以256，求平均值（數(shù)字濾波）

accumulator=0L;

//復(fù)位accumulator}}2．多通道數(shù)據(jù)采集

ADC0工作在中斷模式，使用定時(shí)器3溢出作為開始轉(zhuǎn)換信號測量AIN0～AIN7的電壓和溫度傳感器轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過計(jì)算所得電壓從UART0傳輸假設(shè)在XTAL1和XTAL2之間接22.1184MHz晶振系統(tǒng)時(shí)鐘頻率存儲在全局常量SYSCLK目標(biāo)UART波特率存儲在全局常量BAUDRATEADC0采樣頻率存儲在全局常量SAMPLERATE0電壓參考值存儲在VREF0

主程序voidmain(void){longvoltage; //電壓以mV為單位inti; //循環(huán)計(jì)數(shù)器WDTCN=0xde; //禁止看門狗定時(shí)器WDTCN=0xad;SYSCLK_Init(); //初始化振蕩器PORT_Init(); //初始化數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和通用IOUART0_Init(); //初始化UART0Timer3_Init(SYSCLK/SAMPLERATE0);//初始化T3溢出作為采樣率ADC0_Init(); //初始化ADCAD0EN=1; //允許ADCEA=1; //允許所有中斷while(1){for(i=0;i<9;i++){EA=0; //禁止中斷voltage=result[i]; //從全局變量取得ADC值EA=1; //重新使能中斷//計(jì)算電壓（mV）voltage=voltage*VREF0;voltage=voltage>>4;//右移4位,得到實(shí)際大小printf(“Channel‘%d’voltageis%ldmV\n”,i,voltage);}}}系統(tǒng)時(shí)鐘初始化

//此程序初始化系統(tǒng)時(shí)鐘使用22.1184MHz晶體作為系統(tǒng)時(shí)鐘voidSYSCLK_Init(void){inti; //延時(shí)計(jì)數(shù)器OSCXCN=0x67; //起動外部振蕩器22.1184MHz晶體for(i=0;i<256;i++); //等待振蕩器啟動(>1ms)while(!(OSCXCN&0x80));//等待晶體振蕩器穩(wěn)定OSCICN=0x88; //選擇外部振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘

//源并允許丟失時(shí)鐘檢測器}IO口初始化

//配置數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和通用IO口voidPORT_Init(void){XBR0=0x04; //使能UART0XBR1=0x00;XBR2=0x40;

//

使能數(shù)據(jù)交叉開關(guān)和弱上拉P0MDOUT|=0x01;//使能TX0，推挽輸出}UART0初始化

//配置UART0使用定時(shí)1為波特率發(fā)生器voidUART0_Init(void){SCON0=0x50; //SCON0:模式1,8位UART,允許RXTMOD=0x20; //TMOD:定時(shí)器1,模式2,8位重裝TH1=-(SYSCLK/BAUDRATE/16);//按波特率設(shè)置T1重裝值TR1=1; //啟動定時(shí)器1CKCON|=0x10; //定時(shí)器1使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基PCON|=0x80; //SMOD0=1TI0=1; //表示TX0就緒}ADC0初始化

//配置ADC0使用定時(shí)器3溢出作為轉(zhuǎn)換源,轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷使用左對齊輸出模式//使能ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷禁止ADC//注意:使能低功率跟蹤模式保證當(dāng)改變通道時(shí)的跟蹤次數(shù)最少voidADC0_Init(void){ADC0CN=0x45; //ADC0禁止;低功率跟蹤模式

//當(dāng)T3溢出時(shí)ADC0轉(zhuǎn)換開始;ADC0數(shù)據(jù)左對齊REF0CN=0x07; //使能溫度傳感器片內(nèi)VREF和VREF輸出緩沖器AMX0SL=0x00; //選擇AIN0為ADC多路模擬輸出ADC0CF=(SYSCLK/2500000)<<3;//ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘=2.5MHzADC0CF&=~0x07; //PGA增益=1EIE2|=0x02; //允許ADC中斷}定時(shí)器3初始化

//配置定時(shí)器3,自動重裝間隔由“counts”指定

，不產(chǎn)生中斷，使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基。voidTimer3_Init(intcounts){TMR3CN=0x02; //停止定時(shí)器3;清除

TF3;//使用系統(tǒng)時(shí)鐘為時(shí)基TMR3RL=-counts; //初始化重裝值TMR3=0xffff; //設(shè)置為立即重裝EIE2&=~0x01; //禁止定時(shí)器3中斷TMR3CN|=0x04; //起動定時(shí)器3}中斷服務(wù)程序//ADC0轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷服務(wù)程序//得當(dāng)ADC0采樣值并存儲在全局?jǐn)?shù)組

<result>.//同時(shí)選擇下一個通道轉(zhuǎn)換voidADC0_ISR(void)interrupt15{staticunsignedcharchannel=0; //ADC多路模擬通道(0-8)AD0INT=0; //清除ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志result[channel]=ADC0; //讀ADC值channel++; //改變通道if(channel==9){channel=0;}AMX0SL=channel; //設(shè)置多路模擬轉(zhuǎn)換器到下一個通道}5.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

5.2.1D/A轉(zhuǎn)換原理及性能指標(biāo)

1．轉(zhuǎn)換原理D/A轉(zhuǎn)換器的原理很簡單，可以總結(jié)為“按權(quán)展開，然后相加”幾個字。D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部必須有一個解碼網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)按權(quán)值分別進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。解碼網(wǎng)絡(luò)通常有兩種：二進(jìn)制加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)T型電阻網(wǎng)絡(luò)T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換原理框圖01RfIRfA-+VOUTDCBR2R2R2RVREFR2RI0I2I3I1IL0IL2IL3IL1b3

b2

b1

b0四位DAC寄存器OAS001S101S201S3IOUT1IOUT2運(yùn)算放大器電子開關(guān)T型電阻網(wǎng)絡(luò)虛地點(diǎn)T型電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換原理由圖可得I0＝IL0，根據(jù)基爾霍夫電流定律：IL1＝IL0＋I(xiàn)0，分析C點(diǎn)到A點(diǎn)的電阻及到地線的電阻可得

I1＝IL1，則I0＝1/2I1，同理可推得I1＝1/2I2、I2＝1/2I3，所以可得如下關(guān)系：T型電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換原理T型電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換原理事實(shí)上，S3～S0的狀態(tài)是受b3b2b1b0控制的，并不一定是全“1”，所以流入A點(diǎn)的電流應(yīng)該是：選取Rf＝R，并考慮A點(diǎn)為虛地，則有可以得到:對于n位T型電阻網(wǎng)絡(luò)T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換原理框圖01RfIRfA-+VOUTDCBR2R2R2RVREFR2RI0I2I3I1IL0IL2IL3IL1b3

b2

b1

b0四位DAC寄存器OAS001S101S201S3IOUT1IOUT2性能指標(biāo)（1）分辨率（resolution）指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，為滿量程值的2-n倍。例如，滿量程為10V的8位D/A芯片的分辨率為10V×2-8＝39mV；而16位的D/A是10V×2-16＝153μV。（2）

轉(zhuǎn)換精度（conversionaccuracy）轉(zhuǎn)換精度是指滿量程時(shí)D/A的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近程度。例如，滿量程時(shí)理論輸出值為10V，實(shí)際輸出值是在9.99～10.01之間，則其轉(zhuǎn)換精度為±10mV。通常為LSB/2。LSB(LeastSignificantBit)是分辨率，指最低1位數(shù)字變化引起輸出電壓幅度的變化量。性能指標(biāo)（3）偏移量誤差（offseterror）偏移量誤差是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對零的偏移值。這種誤差通?？梢酝ㄟ^D/A轉(zhuǎn)換器的外接VREF和電位器加以調(diào)整。（4）線性度（linearity）線性度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏差。通常線性度不應(yīng)超出±1/2LSB。除此以外，指標(biāo)還有轉(zhuǎn)換速度、溫度靈敏度等，通常這些參數(shù)都很小，一般不予考慮。

5.2.2C8051F020的DAC功能C8051F020有兩個片內(nèi)12位電壓方式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。每個DAC的輸出擺幅均為0～（VREF-1LSB）V，對應(yīng)的輸入碼范圍是0x000到0xFFF?？刂萍拇嫫鱀AC0CN和DAC1CN使能/禁止DAC0和DAC1。在被禁止時(shí)，DAC的輸出保持在高阻狀態(tài)，DAC的供電電流降到1μA或更小。每個DAC的電壓基準(zhǔn)由VREFD引腳提供。如果使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，為了使DAC輸出有效，該基準(zhǔn)必須被使能。

DAC功能框圖

使能控制輸出更新方式數(shù)字量輸入控制DAC工作的主要是控制寄存器DAC0CN和DAC1CN?？刂萍拇嫫鱎/WR/WR/WR/WR/WR/WR/WR/W復(fù)位值DAC0EN－－DAC0MD1DAC0MD0DAC0DF2DAC0DF1DAC0DF000000000位7位6位5位4位3位2位1位0SFR地址：0xD4位7（DAC0EN）：DAC0使能位控制寄存器位4-3（DAC0MD1～DAC0MD10）：DAC0更新方式位。00：寫DAC0H時(shí)更新。01：定時(shí)器3溢出時(shí)更新。10：定時(shí)器4溢出時(shí)更新。11：定時(shí)器2溢出時(shí)更新。位2-0(DAC0DF2～DAC0DF20)：DAC0數(shù)據(jù)格式位：000：DAC0數(shù)據(jù)字的高4位在DAC0H[3:0]，低字節(jié)在DAC0L中。

其余類推?？刂萍拇嫫鱀AC0HDAC0L

MSB

LSB001：DAC0數(shù)據(jù)字的高5位在DAC0H[4:0]，低7位在DAC0L[7:1]。

DAC0HDAC0L

MSB

LSB

5.2.3DAC輸出更新每個DAC都具有靈活的輸出更新機(jī)制，允許全量程內(nèi)平滑變化并支持無抖動輸出更新，適合于波形發(fā)生器應(yīng)用。1．根據(jù)軟件命令更新輸出在缺省方式下（DAC0CN.[4:3]=00），DAC0的輸出在寫DAC0H時(shí)更新。注意：寫DAC0L時(shí)數(shù)據(jù)被保持，對DAC0輸出沒有影響，直到對DAC0H的寫操作發(fā)生。

5.2.3DAC輸出更新2．基于定時(shí)器溢出的輸出更新當(dāng)DAC0MD位（DAC0CN.[4:3]）被設(shè)置為01、10或11時(shí)（分別為定時(shí)器3、定時(shí)器4或定時(shí)器2），對DAC數(shù)據(jù)寄存器的寫操作被保持，直到相應(yīng)的定時(shí)器溢出事件發(fā)生時(shí)DAC0H:DAC0L的內(nèi)容才被復(fù)制到DAC輸入鎖存器，允許DAC數(shù)據(jù)改變?yōu)樾轮怠?.2.4．DAC輸出定標(biāo)/調(diào)整

對DAC0進(jìn)行寫入操作之前應(yīng)對輸入數(shù)據(jù)移位，以正確調(diào)整DAC輸入寄存器中的數(shù)據(jù)。這種操作一般需要一個或多個裝入和移位指令，因而增加軟件開銷和降低DAC的數(shù)據(jù)通過率。數(shù)據(jù)格式化功能為用戶提供了一種能對數(shù)據(jù)寄存器DAC0H和DAC0L中的數(shù)據(jù)格式編程的手段。三個DAC0DF位（DAC0CN.[2:0]）允許用戶在5種數(shù)據(jù)字格式指定一種，見DAC0CN寄存器定義。5.2.5數(shù)模轉(zhuǎn)換舉例

D/A轉(zhuǎn)換器的編程相對A/D轉(zhuǎn)換器要簡單。按照要求設(shè)置好輸出更新的條件，將要轉(zhuǎn)換的數(shù)值量送到DAC數(shù)據(jù)寄存器即可。下面是產(chǎn)生階梯波和鋸齒波的示例。將DAC0設(shè)置成輸出更新發(fā)生在寫DAC0H時(shí)，即軟件更新，產(chǎn)生階梯波。DAC1設(shè)置成輸出更新發(fā)生在定時(shí)器2溢出時(shí)，產(chǎn)生鋸齒波。

1、產(chǎn)生階梯波

//DAC0用軟件更新輸出，產(chǎn)生一個階梯波形。voidmain(void){ inti; config(); for(i=0;i<=4095;i+UP) //形成階梯波形

{ DAC0=i;//送數(shù)字量到DAC0直接更新輸出

d1ms(T); }}

TUP04095軟件延時(shí)函數(shù)voidd1ms(intcount)//延時(shí)count毫秒{ intj; while(count--!=0) { for(j=0;j<100;j++);//約1ms }}配置程序

voidconfig(void){intn=0;

WDTCN=0xDE; //禁止看門狗，刪除WDTCN=0x07;WDTCN=0xAD;

OSCXCN=0x67;

//外部振蕩器寄存器，采用11.0952MHz for(n=0;n<255;n++);//等待振蕩器啟動

while((OSCXCN&0x80)==0);//等待晶振穩(wěn)定，while(!(OSCXCN&0x80))OSCICN=0x88;//P73，使用外部時(shí)鐘4步，P260例程

REF0CN=0x03; //內(nèi)部偏壓發(fā)生器工作

DAC0CN=0x80; //允許DAC0，程序直接更新輸出，數(shù)據(jù)右對齊

DAC0L=0x00; //DAC1數(shù)據(jù)寄存器初值，或DAC0=0x00；

DAC0H=0x00; ｝voidmain(void){ config(); //配置

EA=1; //開中斷

while(1);}2、產(chǎn)生鋸齒波

中斷程序voidT2_ISR()interrupt5{ TF2=0; //清中斷標(biāo)志

DAC1++;

//因?yàn)槭荰2溢出更新DAC1輸出，

if(DAC1>=0x1000) DAC1=0; //形成鋸齒波}配置程序voidconfig(void){

intn=0;

WDTCN=0xDE; //禁止看門狗

WDTCN=0xAD;

OSCXCN=0x67;

//外部振蕩器寄存器，采用11.0952MHz for(n=0;n<255;n++);

//等待振蕩器啟動

while((OSCXCN&0x80)==0);//等待晶振穩(wěn)定

OSCICN=0x88;

REF0CN=0x03;

//內(nèi)部偏壓發(fā)生器工作

DAC1CN=

0x98;//允許DAC1、T2溢出中斷更新，數(shù)據(jù)右對齊

DAC1=0x00; RCAP2H=0x05;

//重新裝入的時(shí)間常數(shù)

RCAP2L=0x00; TH2=0x05; TL2=0x00;//初始值

T2CON=0x04;

//T2方式0，啟動T2} 方波發(fā)生器：寫DAC0H時(shí)更新 $include(c8051f020.inc) org0000h ajmpmain org100hmain:movwdtcn,#0deh