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、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，精度略低于双积分型。S

2、TC12C5A60S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 ADC0ADC（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（SFF），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 9DHP1ASFFl fiASF 円韶护Pl 4A3FP13ASFPlLASFP1(SE;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_CONTRDC控制寄存器（字节地

3、址为 BCHADC .<5PEED1SPEEDOAll Ft .AGADC STARTCHS2CHS1CH SO0时，关闭A/D转换器电源，设为AIL KITRADC_POWER于 A/D转换器电源控制，设为转换器电源。开启A/D转换器电源；SPEED1、SPEED0用于A/D转换速度设置，设为个时钟周期；ADC_FLAG为转换结束标志位，A/D转换完成后00/01/10/11 时，A/D转换分别需要ADC_FLA（自动置1 （需通过程序清1时，开启A/D540/360/180/90ADC_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 ADCCHS2、CHS1

4、 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BEH0)；STAR自 动清 0);【出1)71)4D3kFDIT)0JLDC 胺ADC RESL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

5、 ADC俞入引脚；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_RE和ADC_RES寄存器，组成10位A/D转换结果。图为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,L101L108以二进制或其它形式显示,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 也可用于控制蜂鸣器 BZ1的发声频率。VCCwin 1 亦I?Vccr(koi tjpML IfTl

6、 UfSAfeirCPM M3CLFNHPA；PH) 1P3 4njiWiJ剛MH)7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80

7、C51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PWI 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 （也可切换到 P4.3）输出。FI.41J_1_ 2-Or-fl 01U luF图3.8.2 D/A 转换实验电路PWM输出相关的SFR包括:STC12C5A60S2新增多个与 PCA相关的SFR 其中，本实验涉及的CCON PCA控制寄存

8、器（字节地址为 D8HCCDS CFLIT-|- CLFl tCFO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 D9HCWD CIDL-ICPS2 CHICPSQ 苗|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。CCAPM1PCA模块1的模式寄存器（字节地址为 DBHCCAPU1FC'I ：l.CAPP ICAFMMATITOG ImiECCFl其中，为使PCA模块1工作在8位PWM无中断

9、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， CCAP1H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

10、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

11、clude<reg51.h>#i nclude<INTRINS.h>typedef un sig ned char uin t8;sfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR=0xBC;sfr ADC_RES=0xBD;uin t8 ADC（ui nt8 ch）;void Uartl ni t();void UartSe ndByte(ui nt8 x);void Delay(i nt ms);void mai n()uin t8 N;Uartl nit();while(1)N=ADC;P0=N;UartSe ndByte(N);Delay(200);uin

12、 t8 ADC(ui nt8 ch) P1ASF=1<<ch;ADC_CONTR=Ox88+ch;_n op_();while(ADC_CONTR&0x10)=0);ADC_CONTR&=0x10;return ADC_RES;void UartI nit()TMOD=0x20;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-);仿真结果如下：程序文件| EE

13、PRDH丈件申口助于工程文件 送援冲区4?3soo4BrFF7FfE 9 o B F F 4 2 o 4- F FE 9 A F F4 2 o 4 F F I a- c c J I4 2 o 4 F FE 9 o K F F F4 4 F F FE 5 B f F F4 3 o 4 _F F IE -yD B F F 3!34 q FF _53AFF_ 3 2 4 4?B g 2 B F F 3 2 2 4 F F35 35 3535 36 35 3f29 211AIA19IB181：4D 4C4B4B4C4C4B41QE 牺4A4E4$QB4B41FF FFFF?FFFFFIfFlFF FF

14、7FFFFFFF7FFl2、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：#in clude<reg51.h>#in clude<INTRINS.h> typedef un sig ned char uint8; sfr P1ASF=0x9D;sfr ADC_CONTR=OxBC; sfr ADC_RES=OxBD;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();w

15、hile(1)N=ADC(1);P0=N; P0=(1<<N/32);Delay(200); N+=1000; while(-N); P1A1=0x01;uin t8 ADC(ui nt8 ch) P1ASF=1<<ch;ADC CONTR=0x88+ch;_no p_();while(ADC_CONTR&0x10)=0);ADC_CONTR&=0x10;return ADC_RES;void UartI nit()TMOD=0x20;TH1=TL 仁OxFD;TR1=1;SCON=Ox5O;void UartSe ndByte(ui nt8 x)SBU

16、F=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 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：#in clude <reg51.h>typedef un sig ned char uin t8;typedef un sig ned int uin t16;sfr CMOD=0xD9;sfr CCAP M仁 0xDB;sbit CR=0xDE;s

17、fr CCAP1H=0xFB;sbit bo=P1A1;void Delay(uint16 ms);void Pwml nit() CMOD=0x08;CCAP M仁 0x42;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;i<254;i+)PwmOut(i); j=100; while(-j);void Delay(uint16 ms)

18、 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 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 <reg51.h>typedef un sig ned char uin t8;typedef un sig ned int uin t16;sfr CMOD=OxD9;sfr CCAP M仁 0xDB;sbit CR=0xDE;sfr CCAP1H=0xFB;sbit bo=P1A1;uin t8 code Sin Table=127,152,176,19