AD与DA转换实验

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。逐次逼近型A/D转换器速度较快，精度略低

2、于双积分型。STC12C5A60S2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ADC0ADC7（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，STC12C5A60S2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） P1ASF的Di位设为0时，P1.i位用作普通I/O口； P1ASF的Di位设为1时，P1.i位用作ADCi模拟输入引脚。 ADC_CONTR：ADC控制寄存器（字节地址为BCH） ADC_POWER用于A/D转换器电源控制，设为0时，关

3、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、SPEED0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_FLAG自动置1（需通过程序清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_START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ADC0ADC7通道。ADC_RES和ADC_RESL：A/D转换结果寄存器（字节地址分别为BDH和BEH

4、） 注：STC12C5A60S2新增AUXR1寄存器中ADRJ位由复位时默认的0改为1，则ADC_RES和ADC_RESL将改为分别存放转换结果的高2位和低8位。 此外，STC12C5A60S2的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_CONTR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_CONTR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和ADC_RE

5、SL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的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。 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信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3.8.2

6、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信号，其中，PWM0通过P1.3（也可切换到P4.2）输出，PWM1通过P1.4（也可切换到P4.3）输出。 图3.8

7、.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PWM1输出相关的SFR包括：CCON：PCA控制寄存器（字节地址为D8H） 其中，CR为PCA运行控制位，设为0时，关闭PCA，设为1时，启动PCA。CMOD：PCA工作模式寄存器（字节地址为D9H） 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12分频为PCA时钟。 CCAPM1：PCA模块1的模式寄存器（字节地址为DBH） 其中，为使PCA模块1工作在8位PWM无中断模式，应将ECOM1和PW

8、M1两位设为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，PWM1引脚输出为低，大于或等于CCAP1L时，PWM1引脚输出为高；另外，当CL的值由FFH加到00H（溢出）时，CCAP1H的当前值自动加载到CCAP1L中，因此，程序只需对CCAP1H进行设定，即可在PWM1引脚稳定输出相应占空比的PWM信号。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、

9、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：#include<reg51.h>#include<

10、INTRINS.h>typedef unsigned char uint8;sfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR=0xBC;sfr ADC_RES=0xBD;uint8 ADC(uint8 ch);void UartInit();void UartSendByte(uint8 x);void Delay(int ms);void main()uint8 N;UartInit();while(1)N=ADC(1) ;P0=N;UartSendByte(N);Delay(200);uint8 ADC(uint8 ch) P1ASF=1<<ch;ADC_CONT

11、R=0x88+ch;_nop_();while(ADC_CONTR&0x10)=0);ADC_CONTR&=0x10;return ADC_RES;void UartInit()TMOD=0x20;TH1=TL1=0xFD;TR1=1;SCON=0x50;void UartSendByte(uint8 x)SBUF=x;while(!TI);TI=0;void Delay(int ms)int i;while(ms-)for(i=700;i;i-);仿真结果如下： 2、 设计程序，用P1.1脚电压控制蜂鸣器发声频率。程序代码如下：#include<reg51.h>#

12、include<INTRINS.h>typedef unsigned char uint8;sfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR=0xBC;sfr ADC_RES=0xBD;uint8 ADC(uint8 ch);void UartInit();void UartSendByte(uint8 x);void Delay(int ms);void main() uint8 N; UartInit(); while(1) N=ADC(1) ; /P0=N; P0=(1<<N/32); /Delay(200) ; N+=1000; while(-N); P

13、11=0x01; uint8 ADC(uint8 ch) P1ASF=1<<ch; ADC_CONTR=0x88+ch; _nop_(); while(ADC_CONTR&0x10)=0); ADC_CONTR&=0x10; return ADC_RES;void UartInit() TMOD=0x20;TH1=TL1=0xFD;TR1=1;SCON=0x50;void UartSendByte(uint8 x) SBUF=x;while(!TI);TI=0;void Delay(int ms) int i;while(ms-) for(i=700;i;i-);

14、（2） D/A（Mcu1内部PCA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：#include <reg51.h>typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD=0xD9;sfr CCAPM1=0xDB;sbit CR=0xDE;sfr CCAP1H=0xFB;sbit bo=P11;void Delay(uint16 ms);void PwmInit()CMOD=0x08;CCAPM1=0x42;

15、CR=1;void PwmOut(uint8 Duty)CCAP1H=255-Duty;void main() int i,j;PwmInit();/*while(1) PwmOut(30);Delay(800);PwmOut(120);Delay(800);*/while(1) for(i=1;i<254;i+) PwmOut(i); j=100; while(-j); void Delay(uint16 ms)int i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j<100;j+);仿真波形如右图所示： 2、 设计程序，利用STC12C5A60S2单片机内部PC

16、A模块产生PWM信号，经低通滤波后输出正弦波。程序代码如下：#include <reg51.h>typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD=0xD9;sfr CCAPM1=0xDB;sbit CR=0xDE;sfr CCAP1H=0xFB;sbit bo=P11;uint8 code SinTable=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 PwmInit()CMOD=0x08;CCAPM1=0x42;CR=1;void PwmOut(uint8 Duty)CCAP1H=255-Duty;void main() int i,j;PwmInit();/*while(1) PwmOut(30);Delay(800);PwmOut(120);Delay(800);*/while(1) for(i=0;i<32;i+) /PwmOut(