模数转换器讲解

1、增强型8051单片机实用开发技术1/16增强型8051单片机实用开发技术2/16 STC12C5A60S2单片机集成有单片机集成有8路路10位高速模数转换器（位高速模数转换器（ADC），速度可达到），速度可达到250KHz（25万次万次/秒，可做温度检测、压秒，可做温度检测、压力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。检测等。增强型8051单片机实用开发技术3/16 STC12C5A60S2单片机片内集成单片机片内集成8通道通道10位模数转换器（位模数转换器（ADC）。）。ADC输入通道输入通道与与P1口复用，上电复位后口复用，上电复位后P1口为弱上拉型口

2、为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将口，用户可以通过软件设置将8路中的路中的任何一路设置为任何一路设置为A/D转换，不需作为转换，不需作为A/D 使用的口可继续作为使用的口可继续作为I/O口使用。口使用。增强型8051单片机实用开发技术4/169.1.1 模数转换器的结构模数转换器的结构STC12C5A60S2单片机的模数转换器由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、单片机的模数转换器由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位位ADC、转、转换结果寄存器（换结果寄存器（ADC_RES和和ADC_RESL）以及）以及ADC控制寄存器控制寄存器ADC_CONTR构成。构成。ADC7/P1

3、.7ADC6/P1.6ADC5/P1.5ADC4/P1.4ADC3/P1.3ADC2/P1.2ADC1/P1.1ADC0/P1.0比较器模拟输入信号通道选择开关10-bit DACA/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESLCHS2/CHS1/CHS0ADC_POWERSPEED1 SPEED0ADC_FLAG ADC_STARTCHS2CHS1CHS0逐次比较寄存器ADC控制寄存器ADC_CONTR增强型8051单片机实用开发技术5/16 STC12C5A60S2单片机单片机A/D转换模块的参考电压源是转换模块的参考电压源是输入工作电压输入工作电压Vcc，所以一般不用外接参考电压源。

4、如三，所以一般不用外接参考电压源。如三端稳压电路端稳压电路7805的输出电压是的输出电压是5V，但实际电压可能是，但实际电压可能是4.88V到到4.96V，如果用户需要的精度比较高，可在应用产，如果用户需要的精度比较高，可在应用产品出厂前将实际测出的工作电压值记录在单片机内部的品出厂前将实际测出的工作电压值记录在单片机内部的EEPROM里面，以供程序校正使用。里面，以供程序校正使用。 如果如果Vcc不稳定（例如电池供电的系统中，电池电压不稳定（例如电池供电的系统中，电池电压常常在常常在5.3V-4.2V之间漂移），之间漂移）， 则需要在则需要在8路路A/D转换的一转换的一个通道外接一个稳定的参

5、考电压源，来计算出此时的工作个通道外接一个稳定的参考电压源，来计算出此时的工作电压电压Vcc，再计算出其他几路，再计算出其他几路A/D转换通道的电压。例如，转换通道的电压。例如，可在可在ADC转换通道的第七通道外接一个转换通道的第七通道外接一个 1.25V的基准参考的基准参考电压源，由此求出此时的工作电压电压源，由此求出此时的工作电压Vcc，再计算出其它几，再计算出其它几路路A/D转换通道的电压。转换通道的电压。 增强型8051单片机实用开发技术6/161P1口口模拟功能控制寄存器模拟功能控制寄存器P1ASF（地址为（地址为9DH，复位值为，复位值为00H）2ADC控制寄存器控制寄存器ADC_

6、CONTR（地址为（地址为BCH，复位值为，复位值为00H）CHS0CHS1CHS2ADC_STARTADC_FLAGSPEED0SPEED1ADC_POWER位名称位名称D0D1D2D3D4D5D6D7位号位号1）ADC_POWER：ADC电源控制位。电源控制位。 0：关闭：关闭ADC电源。电源。 1：打开：打开ADC电源。电源。 2）SPEED1、SPEED0：ADC转换速度控制位。各种设置如表转换速度控制位。各种设置如表9-1所示。所示。3）ADC_FLAG：A/D转换结束标志位。转换结束标志位。A/D转换完成后，转换完成后，ADC_FLAG = 1，要由软件，要由软件清清0。不管。不管

7、A/D转换完成后由该位申请产生中断，还是由软件查询该标志位判断转换完成后由该位申请产生中断，还是由软件查询该标志位判断A/D转换是转换是否结束，当否结束，当A/D转换完成后，转换完成后，ADC_FLAG = 1，一定要软件清，一定要软件清0。4）ADC_START：A/D转换启动控制位，转换启动控制位，ADC_START=1，开始转换；，开始转换；ADC_START=0，停止转换。停止转换。5）CHS2、CHS1、CHS0：模拟输入通道选择，如表：模拟输入通道选择，如表9-2所示。所示。P10ASFP11ASFP12ASFP13ASFP14ASFP15ASFP16ASFP17ASF位名称D0D

8、1D2D3D4D5D6D7位号如果要使用相应口的模拟功能，需将如果要使用相应口的模拟功能，需将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为特殊功能寄存器中的相应位置为1。如，若要使。如，若要使用用P1.6的模拟量功能，则需要将的模拟量功能，则需要将P16ASF设置为设置为1。（注意，。（注意，P1ASF寄存器不能位寻址，可以使寄存器不能位寻址，可以使用汇编语言指令用汇编语言指令ORL P1ASF, #40H，也可以使用，也可以使用C语言语句语言语句P1ASF |= 0 x40;）增强型8051单片机实用开发技术7/163A/D转换结果寄存器转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器

9、特殊功能寄存器ADC_RES（地址为（地址为BDH，复位值为，复位值为00H）和）和ADC_RESL（地址为（地址为BEH，复位值为，复位值为00H）用于保存）用于保存A/D转换结果。转换结果。A/D转换结果存储格式由辅助寄存器转换结果存储格式由辅助寄存器AUXR1（地址为（地址为A2H，复位值为，复位值为00H）中的）中的ADRJ控制，控制，ADRJ是是AUXR1中的中的D2位。位。（1）当）当ADRJ=0时，时，10位位A/D转换结果的高转换结果的高8位放在位放在ADC_RES寄存器，低寄存器，低2位放在位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：寄存器。存储格式如下：ADRJ=0AUXR

10、1ADC_RES0ADC_RES1ADC_RESLADC_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D7增强型8051单片机实用开发技术8/163A/D转换结果寄存器转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL（2）当）当ADRJ=1时，时，10位位A/D转换结果的最高转换结果的最高2位放在位放在ADC_RES寄存器的低寄存器的低2位位，低，低8位放在位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：寄存器。存储格式如下：ADRJ=1AUXR1ADC_RES0ADC_RES1AD

11、C_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RESLADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D7模模/数转换结果计算公式如下：数转换结果计算公式如下：ADRJ = 0时，取时，取10位结果位结果 (ADC_RES7:0,ADC_RESL1:0) = 1024 Vin / VccADRJ = 0时，取时，取8位结果位结果 ADC_RES7:0 = 256 Vin / VccADRJ = 1时，取时，取10位结果位结果 (ADC_RES1:0,ADC_RESL7:0) = 1024 Vin / VccVin为

12、模拟输入通道输入电压，为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。模拟参考电压。 4与与A/D转换中断有关的寄存器转换中断有关的寄存器 中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE中的中的EADC位（位（D5位）用于开放位）用于开放ADC中断，中断，EA位位（D7位）用于开放位）用于开放CPU中断；中断优先级寄存器中断；中断优先级寄存器IP中的中的PADC位（位（D5位）和位）和IPH中的中的PADCH位（位（D5位）用于设置位）用于设置A/D中断的优先级。在中断服务程序中，要使用中断的优先级。在中断服务程序中，要

13、使用软件将软件将A/D中断标志位中断标志位ADC_FLAG（也是（也是A/D转换结束标志位）清转换结束标志位）清0。 增强型8051单片机实用开发技术9/169.2 模数转换器的应用模数转换器的应用STC12C5A60S2单片机单片机ADC模块的使用编程要点如下：模块的使用编程要点如下：1）打开）打开ADC电源，第一次使用时要打开内部模拟电源（设置电源，第一次使用时要打开内部模拟电源（设置ADC_CONTR）。）。2）适当延时，等内部模拟电源稳定。一般延时）适当延时，等内部模拟电源稳定。一般延时1ms以内即可。以内即可。3）设置）设置P1口中的相应口线作为口中的相应口线作为A/D转换通道（设置

14、转换通道（设置P1ASF寄存器）。寄存器）。4）选择）选择ADC通道（设置通道（设置ADC_CONTR中的中的CHS2CHS0）。）。5）根据需要设置转换结果存储格式（设置）根据需要设置转换结果存储格式（设置AUXR1中的中的ADRJ位）。位）。6）查询）查询A/D转换结束标志转换结束标志ADC_FLAG，判断，判断A/D转换是否完成，若完成，则读出结转换是否完成，若完成，则读出结果（结果保存在果（结果保存在ADC_RES和和ADC_RESL寄存器中），并进行数据处理。如果是多通寄存器中），并进行数据处理。如果是多通道模拟量进行转换，则更换道模拟量进行转换，则更换A/D转换通道后要适当延时，使

15、输入电压稳定，延时量取转换通道后要适当延时，使输入电压稳定，延时量取20s200s即可，与输入电压源的内阻有关，如果输入电压信号源的内阻在即可，与输入电压源的内阻有关，如果输入电压信号源的内阻在10K 以下，可不加延时；如果是单通道模拟量转换，则不需要更换以下，可不加延时；如果是单通道模拟量转换，则不需要更换A/D转换通道，也就不转换通道，也就不需要加延时。需要加延时。8）若采用中断方式，还需进行中断设置（）若采用中断方式，还需进行中断设置（EADC置置1，EA置置1）。）。9）在中断服务程序中读取）在中断服务程序中读取ADC转换结果，并将转换结果，并将ADC中断请求标志中断请求标志ADC_F

16、LAG清零。清零。 增强型8051单片机实用开发技术10/16【例例9-1】编程实现利用编程实现利用STC12C5A60S2单片机单片机ADC通道通道2采集外部模拟电压信号，采集外部模拟电压信号，8位精度，位精度，采用查询方式循环进行转换，并将转换结果保存于采用查询方式循环进行转换，并将转换结果保存于30H单元中。假设时钟频率为单元中。假设时钟频率为18.432MHz。 解：解：取取8位精度时，可设置位精度时，可设置ADRJ=0，直接使用转换结果寄存器，直接使用转换结果寄存器ADC_RES的值。由于复位后，的值。由于复位后，ADRJ=0，因此，按照，因此，按照ADC的编程要点进行初始化后，直接

17、判断的编程要点进行初始化后，直接判断ADC_FLAG标志是否为标志是否为1，若为若为1，则读出，则读出ADC_RES寄存器的值，并存入寄存器的值，并存入30H即可；若为即可；若为0，则继续等待。，则继续等待。 汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：$INCLUDE (STC12C5A.INC) ;包含包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件单片机寄存器定义文件ADC_DAT EQU 30H ;A/D转换结果转换结果 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050H MAIN: MOV SP, #70H ;设置堆栈设置堆栈 ORL ADC_CONTR, #80H ;开开A

18、/D转换电源转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源第一次使用时要打开内部模拟电源 MOV A, #20H LCALL DELAY ;开开A/D转换电源后要加适当延时，转换电源后要加适当延时，1ms以内即可以内即可 MOV P1ASF,#04H ;设置设置P1.2的模拟量功能的模拟量功能 MOV ADC_CONTR,#11100010B ;选择选择P1.2作为作为A/D转换通道转换通道 MOV A, #05H LCALL DELAY ;如果切换如果切换A/D转换通道转换通道,则需要加延时则需要加延时 增强型8051单片机实用开发技术11/16WAIT_AD: ORL ADC_CONTR, #0

19、0001000B ;启动启动A/D转换转换 MOV A, #00010000B ;判断判断A/D转换是否完成转换是否完成 ANL A, ADC_CONTR JZ WAIT_AD ;A/D 转换尚未完成转换尚未完成, 继续等待继续等待 ANL ADC_CONTR, #11100111B ;将将ADC_FLAG清零清零 MOV A, ADC_RES ;读取读取A/D转换结果转换结果 MOV ADC_DAT, A ;保存保存A/D转换结果转换结果 LJMP WAIT_AD ;等待下一次转换完成等待下一次转换完成 DELAY: ;延时子程序延时子程序 PUSH 02 ;将寄存器组将寄存器组0 的的 R

20、2 入栈入栈 PUSH 03 ;将寄存器组将寄存器组0 的的 R3 入栈入栈 PUSH 04 ;将寄存器组将寄存器组0 的的 R4 入栈入栈 MOV R4, A DELAY_LOOP0: ;DELAY_LOOP0循环延时循环延时200406个时钟周期个时钟周期 MOV R3, #200 ;2个时钟周期个时钟周期Delay_LOOP1: ;DELAY_LOOP1循环延时循环延时1002个时钟周期个时钟周期 MOV R2, #249 ;2个时钟周期个时钟周期DELAY_LOOP: DJNZ R2, DELAY_LOOP ;4个时钟周期个时钟周期 DJNZ R3, DELAY_LOOP1 ;4个时钟

21、周期个时钟周期 DJNZ R4, DELAY_LOOP0 ;4个时钟周期个时钟周期 POP 04 POP 03 POP 02 RET END 增强型8051单片机实用开发技术12/16C语言程序代码如下：语言程序代码如下：#include “stc12c5a.h” /包含包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件单片机寄存器定义文件unsigned char data adc_dat _at_ 0 x30; /A/D转换结果变量转换结果变量void main(void) unsigned long i; unsigned char status; ADC_CONTR|=0 x80; /开

22、开A/D转换电源转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源第一次使用时要打开内部模拟电源 for (i=0;i10000;i+);/适当延时适当延时 P1ASF=0 x04; /选择选择P1.2作为作为A/D转换通道转换通道 ADC_CONTR=0 xE2; for (i=0;i10000;i+); /适当延时适当延时 while(1) /循环进行循环进行A/D 转换转换 ADC_CONTR|=0 x08; /重新启动重新启动 A/D 转换转换 status=0; while(status=0) /等待等待A/D转换结束转换结束 status=ADC_CONTR&0 x10; ADC_C

23、ONTR&=0 xE7; /将将ADC_FLAG清零清零 adc_dat=ADC_RES; /保存保存A/D转换结果转换结果 增强型8051单片机实用开发技术13/16【例例9-2】 编程实现利用编程实现利用STC12C5A60S2单片机单片机ADC通道通道2采集外部模拟电压信号，采集外部模拟电压信号，10位精位精度，采用中断方式进行转换，并将转换结果保存于度，采用中断方式进行转换，并将转换结果保存于30H和和31H单元中。假设时钟频率为单元中。假设时钟频率为18.432MHz。解：按照编程要点进行初始化时，可设置解：按照编程要点进行初始化时，可设置ADRJ=1。在中断服务程序中读出。

24、在中断服务程序中读出ADC_RES寄存寄存器的值，屏蔽高器的值，屏蔽高6位后存入位后存入31H单元，读出单元，读出ADC_RESL寄存器的值，存入寄存器的值，存入30H单元。单元。汇编语言程序代码如下：汇编语言程序代码如下：$INCLUDE (STC12C5A.INC) ;包含包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件单片机寄存器定义文件ADC_HI EQU 31H ;A/D转换结果高转换结果高2位位ADC_LOW EQU 30H ;A/D转换结果低转换结果低8位位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 002BH LJMP ADC_ISR ;ADC中断服务程序入口中断服务程序

25、入口 ORG 0050H MAIN: MOV SP, #70H ;设置堆栈设置堆栈 ORL ADC_CONTR, #80H ;开开A/D转换电源转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源第一次使用时要打开内部模拟电源 MOV A, #20H LCALL DELAY ;开开A/D转换电源后要加适当延时，转换电源后要加适当延时，1ms以内即可以内即可 MOV P1ASF,#04H ;设置设置P1.2的模拟量功能的模拟量功能 MOV ADC_CONTR,#11100010B ;选择选择P1.2作为作为A/D转换通道转换通道 MOV A, #05H LCALL DELAY ;如果切换如果切换A/D转换通

26、道转换通道,则需要加延时则需要加延时 ORL AUXR1,#04H ;设置设置ADC转换结果存储格式（转换结果存储格式（ADRJ=1） ORL ADC_CONTR, #00001000B ;启动启动A/D转换转换 SETB EADC ;EADC=1, 开放开放ADC的中断控制位的中断控制位 增强型8051单片机实用开发技术14/16 SETB EA ;开放开放CPU总中断总中断 SJMP $ ;循环等待中断循环等待中断ADC_ISR: ;ADC中断服务程序入口中断服务程序入口 ANL ADC_CONTR, #11100111B ;将将ADC_FLAG清零清零 MOV A, ADC_RES ;读

27、取读取A/D转换结果高转换结果高2位位 ANL A,#03H ;屏蔽高屏蔽高6位位 MOV ADC_HI, A ;保存保存A/D转换结果高转换结果高2位位 MOV A, ADC_RESL ;读取读取A/D转换结果低转换结果低8位位 MOV ADC_LOW, A ;保存保存A/D转换结果低转换结果低8位位 ORL ADC_CONTR, #00001000B ;重新启动重新启动A/D转换转换 RETIDELAY: ;延时子程序延时子程序 PUSH 02 ;将寄存器组将寄存器组0 的的 R2 入栈入栈 PUSH 03 ;将寄存器组将寄存器组0 的的 R3 入栈入栈 PUSH 04 ;将寄存器组将寄存

28、器组0 的的 R4 入栈入栈 MOV R4, A DELAY_LOOP0: ;DELAY_LOOP0循环延时循环延时200406个时钟周期个时钟周期 MOV R3, #200 ;2个时钟周期个时钟周期Delay_LOOP1: ;DELAY_LOOP1循环延时循环延时1002个时钟周期个时钟周期 MOV R2, #249 ;2个时钟周期个时钟周期DELAY_LOOP: DJNZ R2, DELAY_LOOP ;4个时钟周期个时钟周期 DJNZ R3, DELAY_LOOP1 ;4个时钟周期个时钟周期 DJNZ R4, DELAY_LOOP0 ;4个时钟周期个时钟周期 POP 04 POP 03 POP 02 RET END增强型8051单片机实用开发技术15/16C语言程序代码如下：语言程序代码如下：#include “stc12c5a.h” /包含包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件单片机寄存器定义文件unsigned char data adc_hi _at_ 0 x31; /A/D转换结果变量高转换结果变量高2位位unsigned char data adc_low _at_ 0 x30; /A/D转换结果变量低转换结果变量低8位位void main(void) unsigned long