AD与DA转换实验详解

1、电子科技大学中山学院学生实验报告 院别：电子信息学院 课程名称：微处理器实验 班级 无线技术14 姓名 学号 实验名称 A/D与D/A转换实验 实验时间 2016年11月25日 成绩 教师签名 批改时间 报告内容 一、实验目的和任务 1熟悉A/D转换和D/A转换的基本原理。 2、掌握单片机内部 A/D转换器的特性及程序控制方法。 3、掌握利用PWM技术实现D/A转换的原理及程序控制方法。 二、实验原理简介 A/D转换器（ADC的作用是实现模拟量到数字量的线性转换，常用A/D转换器类型包括双积分型 和逐次逼近型。双积分型 A/D转换器的优点是转换精度高，抗干扰性能好，缺点是转换速度慢。逐次 逼近

2、型A/D转换器速度较快，精度略低于双积分型。 STC12C5A60S单片机内部自带 8路10位逐次逼近型 A/D转换器，可在程序控制下，将 ADCOADC（与 P1 口引脚复用）中任何一路模拟输入转换为等比例的10位数字量。为便于程序控制， STC12C5A60S 新增多个与A/D转换器相关的特殊功能寄存器（ SFR，常用寄存器的功能及各位含义如下： P1ASF模拟功能控制寄存器（字节地址为 9DH P17ASF 卩 1 BASF P15ASF PM ASF P12ASF PlASF PlOASF P1ASF P1ASF 的Di位设为0时，P1.i位用作普通I/O 口； P1ASF 的Di位设

3、为1时，P1.i位用作ADCi模拟输入引脚。 ADC_CONTRDC控制寄存器（字节地址为 BCH )C WEI? SPEED! SPEEDO ADC FLAG ADC START CHS2 IS1 ITSU ADC COSTR ADCPOWER于A/D转换器电源控制，设为 0时，关闭A/D转换器电源，设为1时，开启A/D 转换器电源。 开启A/D转换器电源； SPEED1、SPEED（用于A/D转换速度设置，设为00/01/10/11 时，A/D转换分别需要 540/360/180/90 个时钟周期； ADC_FLAG为转换结束标志位，A/D转换完成后 ADC_FLA（自动置1 （需通过程序

4、清 0）; ADC_START用于A/D转换启动控制，设为 1时，开始A/D转换（转换结束后 ADC_STAR自动清0）; CHS2、CHS1 CHS0用于模拟输入通道选择，其8种组合分别对应选择 ADC0ADC通道。 ADC_RE和ADC_RESLA/D转换结果寄存器（字节地址分别为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位由复位时默认的 0改为1,贝U ADC RE和 ADC RES 将改为分别存放转换结果的咼 2位和低8位。 此外，STC12C5A60S2的

5、 A/D转换器也支持中断控制。 STC12C5A60S2中A/D转换器的控制流程与传统ADC0809芯片类似：1）设置P1ASF寄存器，指定 P1 口某口线用作 ADC输入引脚；2）设置ADC CONT寄存器，开启A/D转换器电源，选择转换速度及通 道，并启动转换；3）查询ADC CONT寄存器的ADC FLAG位，判断转换是否结束；4） ADC FLAG位变为 1时，转换结束，读取 ADC RES ADC RES寄存器，组成10位A/D转换结果。 图3.8.1为ZSC-1实验箱的STC12C5A60S2勺A/D转换实验电路。电位器 W101产生05V模拟电压, 通过ADC1引脚输入单片机进行

6、 A/D转换，转换结果可通过发光管 L101L108以二进制或其它形式显示, 也可用于控制蜂鸣器 BZ1的发声频率。 SfcUl 黄Tt L：CAMIS2 Vcc Vcc tM.l/.VXL 跖“ Pill Fii 2 Pl) t 刚J Pl.0 Pfl.7 -n- 丄FQ -= -c=l- 图3.8.1 A/D 转换实验电路 D/A 转换器（DAC的作用是实现数字量到模拟量的线性转换。为实现D/A转换，除了在单片机外 部配置专用D/A转换器芯片外，还可使用成本较低的PWM加低通滤波的方法，其依据的主要原理是： PWM!号的平均电压正比于信号的占空比。本实验即使用该方法实现D/A转换，电路如图

7、3.8.2所示。 单片机在程序控制下，以一定的时间间隔，通过P1.4 口线动态输出不同占空比的PWM信号，经电阻、 电容组成的低通滤波器滤波后，即可在排针J101的2脚得到各时间点幅值正比于对应占空比的连续模 拟信号。 对于普通80C51单片机，一般是通过程序控制通用定时/计数器并配合中断处理， 来产生所需的PWM 信号。STC12C5A60S2除具有普通80C51的两个通用定时/计数器外，还增加了具有多种工作模式的两路 可编程计数器阵列（PCA）模块，能够非常方便地产生两路频率相同而占空比独立的PWM!号，其中， PWM通过P1.3 （也可切换到 P4.2 ）输出，PWM通过P1.4 （也可

8、切换到 P4.3）输出。 PJ 4 图3.8.2 D/A 转换实验电路 STC12C5A60S2新增多个与 PCA相关的SFR其中，本实验涉及的 PWM输出相关的 SFR包括: CCON PCA控制寄存器（字节地址为 D8H CCON Cl-CR-CCI-1 CCI-O 其中，CR为PCA运行控制位，设为 0时，关闭PCA，设为1时，启动PCA。 CMODPCA工作模式寄存器（字节地址为 D9H cini. CPS2 CPSl 匸PSO VCl? 其中，CPS2、CPS1、CPS0、用于PCA时钟源选择，例如，100组合时以系统时钟（其频率为晶振频 率）为PCA时钟，000组合时以系统时钟的

9、12分频为PCA时钟。 CCAPM1PCA模块1的模式寄存器（字节地址为 DBH ccawi ECOM CAPP CAPNl MATI TOGI rmECCFl 其中，为使PCA模块1工作在8位PWM无中断模式，应将 ECOM1和PWM1两位设为1,其它 位设为0。 此外，CCAP1H（字节地址为 FBH和CCAP1L（字节地址为 EBH分别是PCA模块1捕捉/比较寄存 器的高8位和低8位。在8位PWM模式下，当PCA计数器低8位（CL）的值小于CCAP1L时，PWM1I脚 输出为低，大于或等于 CCAP1LM, PWM引脚输出为高；另外，当 CL的值由FFH加到00H （溢出）时， CCAP

10、1H勺当前值自动加载到 CCAP1冲，因此，程序只需对CCAP1H进行设定，即可在PWM引脚稳定输 出相应占空比的PWMt号。 三、实验设备 1、PC机一台（已安装 Keil uVision 、STC_ISP等软件）； 2、ZSC-1单片机实验箱一台。 四、实验内容和步骤 实验步骤： 在Keil中编写源程序。 在Keil中创建工程，加入源程序文件， 设置选项，进行汇编/编译、连接、转换处理，生成HEX 格式的单片机程序文件。 用串行电缆连接实验箱和PC机各自的串行通信口，并运行PC机上的STC_ISP程序，进行单片 机程序下载（注意 MCU1要先断电再上电）。 运行单片机程序，调节W101电位

11、器，观察发光管显示的变化。 实验内容： （一） A/D （Mcu1 内部 ADC） 1、设计程序，以0.2秒为间隔，采集 ADC （ P1.1）脚的输入电压，将数字量显示在LED上，并通过 串口发送出去。 程序代码如下： #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-); 仿真结果如下： 程序文件| EEFM 文件 申LI助于 工程文件| 接收/键盘发送缓冲区 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 内部 P

16、CA 输出 PWM+ 外部 RCLPF) 1、设计程序，利用STC12C5A60S2 单片机内部PCA模块产生PWM信号，经低通滤波后输出锯齿 波。 程序代码如下： #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+); 仿真波形如右图所示： 2、设计程序，利用 STC12C5A60S

18、2 单片机内部 PCA模块产生PWM信号，经低通滤波后输出正弦 波。 程序代码如下： #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