模数转换教程教材

第9章模数转换器

9.1模数转换器的结构及相关寄存器

9.2模数转换器的应用STC12C5A60S2单片机集成有8路10位高速模数转换器（ADC），速度可达到250KHz（25万次/秒，可做温度检测、压力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。9.1模数转换器的结构及相关寄存器

STC12C5A60S2单片机片内集成8通道10位模数转换器（ADC）。ADC输入通道与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。9.1.1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、10位ADC、转换结果寄存器（ADC_RES和ADC_RESL）以及ADC控制寄存器ADC_CONTR构成。9.1.2参考电压源

STC12C5A60S2单片机A/D转换模块的参考电压源是输入工作电压Vcc，所以一般不用外接参考电压源。如三端稳压电路7805的输出电压是5V，但实际电压可能是4.88V到4.96V，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EEPROM里面，以供程序校正使用。如果Vcc不稳定（例如电池供电的系统中，电池电压常常在5.3V-4.2V之间漂移），则需要在8路A/D转换的一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Vcc，再计算出其他几路A/D转换通道的电压。例如，可在ADC转换通道的第七通道外接一个1.25V的基准参考电压源，由此求出此时的工作电压Vcc，再计算出其它几路A/D转换通道的电压。9.1.3与ADC有关的特殊功能寄存器

1．P1口模拟功能控制寄存器P1ASF（地址为9DH，复位值为00H）2．ADC控制寄存器ADC_CONTR（地址为BCH，复位值为00H）CHS0CHS1CHS2ADC_STARTADC_FLAGSPEED0SPEED1ADC_POWER位名称D0D1D2D3D4D5D6D7位号1）ADC_POWER：ADC电源控制位。

0：关闭ADC电源。1：打开ADC电源。

2）SPEED1、SPEED0：ADC转换速度控制位。各种设置如表9-1所示。3）ADC_FLAG：A/D转换结束标志位。A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清0。不管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A/D转换是否结束，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，一定要软件清0。4）ADC_START：A/D转换启动控制位，ADC_START=1，开始转换；ADC_START=0，停止转换。5）CHS2、CHS1、CHS0：模拟输入通道选择，如表9-2所示。P10ASFP11ASFP12ASFP13ASFP14ASFP15ASFP16ASFP17ASF位名称D0D1D2D3D4D5D6D7位号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‘1’。如，若要使用P1.6的模拟量功能，则需要将P16ASF设置为1。（注意，P1ASF寄存器不能位寻址，可以使用汇编语言指令ORLP1ASF,#40H，也可以使用C语言语句P1ASF|=0x40;）3．A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES（地址为BDH，复位值为00H）和ADC_RESL（地址为BEH，复位值为00H）用于保存A/D转换结果。A/D转换结果存储格式由辅助寄存器AUXR1（地址为A2H，复位值为00H）中的ADRJ控制，ADRJ是AUXR1中的D2位。（1）当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：ADRJ=0AUXR1ADC_RES0ADC_RES1ADC_RESLADC_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D73．A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL（2）当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位，低8位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：ADRJ=1AUXR1ADC_RES0ADC_RES1ADC_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RESLADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D7模/数转换结果计算公式如下：ADRJ=0时，取10位结果(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024×Vin/VccADRJ=0时，取8位结果ADC_RES[7:0]=256×Vin/VccADRJ=1时，取10位结果(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024×Vin/VccVin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模拟参考电压。

4．与A/D转换中断有关的寄存器中断允许控制寄存器IE中的EADC位（D5位）用于开放ADC中断，EA位（D7位）用于开放CPU中断；中断优先级寄存器IP中的PADC位（D5位）和IPH中的PADCH位（D5位）用于设置A/D中断的优先级。在中断服务程序中，要使用软件将A/D中断标志位ADC_FLAG（也是A/D转换结束标志位）清0。9.2模数转换器的应用STC12C5A60S2单片机ADC模块的使用编程要点如下：1）打开ADC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1ms以内即可。3）设置P1口中的相应口线作为A/D转换通道（设置P1ASF寄存器）。4）选择ADC通道（设置ADC_CONTR中的CHS2~CHS0）。5）根据需要设置转换结果存储格式（设置AUXR1中的ADRJ位）。6）查询A/D转换结束标志ADC_FLAG，判断A/D转换是否完成，若完成，则读出结果（结果保存在ADC_RES和ADC_RESL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A/D转换通道后要适当延时，使输入电压稳定，延时量取20μs～200μs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A/D转换通道，也就不需要加延时。8）若采用中断方式，还需进行中断设置（EADC置1，EA置1）。9）在中断服务程序中读取ADC转换结果，并将ADC中断请求标志ADC_FLAG清零。【例9-1】编程实现利用STC12C5A60S2单片机ADC通道2采集外部模拟电压信号，8位精度，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18.432MHz。解：取8位精度时，可设置ADRJ=0，直接使用转换结果寄存器ADC_RES的值。由于复位后，ADRJ=0，因此，按照ADC的编程要点进行初始化后，直接判断ADC_FLAG标志是否为1，若为1，则读出ADC_RES寄存器的值，并存入30H即可；若为0，则继续等待。汇编语言程序代码如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件ADC_DATEQU30H;A/D转换结果

ORG0000HLJMPMAINORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;设置堆栈

ORLADC_CONTR,#80H;开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源

MOVA,#20HLCALLDELAY;开A/D转换电源后要加适当延时，1ms以内即可MOV P1ASF,#04H ;设置P1.2的模拟量功能

MOVADC_CONTR,#11100010B;选择P1.2作为A/D转换通道

MOVA,#05HLCALLDELAY;如果切换A/D转换通道,则需要加延时WAIT_AD:ORLADC_CONTR,#00001000B;启动A/D转换

MOVA,#00010000B;判断A/D转换是否完成

ANLA,ADC_CONTRJZWAIT_AD;A/D转换尚未完成,继续等待

ANLADC_CONTR,#11100111B;将ADC_FLAG清零

MOVA,ADC_RES;读取A/D转换结果

MOVADC_DAT,A;保存A/D转换结果

LJMPWAIT_AD;等待下一次转换完成DELAY:;延时子程序

PUSH02;将寄存器组0的R2入栈

PUSH03;将寄存器组0的R3入栈

PUSH04;将寄存器组0的R4入栈

MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循环延时200406个时钟周期

MOVR3,#200;2个时钟周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循环延时1002个时钟周期

MOVR2,#249;2个时钟周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4个时钟周期

DJNZR3,DELAY_LOOP1;4个时钟周期

DJNZR4,DELAY_LOOP0;4个时钟周期

POP04POP03POP02RETENDC语言程序代码如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件unsignedchardataadc_dat_at_0x30;//A/D转换结果变量voidmain(void){unsignedlongi;unsignedcharstatus;ADC_CONTR|=0x80;//开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源for(i=0;i<10000;i++);//适当延时P1ASF=0x04;//选择P1.2作为A/D转换通道ADC_CONTR=0xE2;for(i=0;i<10000;i++);//适当延时while(1)//循环进行A/D转换{ADC_CONTR|=0x08;//重新启动A/D转换status=0;

while(status==0)//等待A/D转换结束{status=ADC_CONTR&0x10;}ADC_CONTR&=0xE7;//将ADC_FLAG清零

adc_dat=ADC_RES;//保存A/D转换结果

}}【例9-2】编程实现利用STC12C5A60S2单片机ADC通道2采集外部模拟电压信号，10位精度，采用中断方式进行转换，并将转换结果保存于30H和31H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ADRJ=1。在中断服务程序中读出ADC_RES寄存器的值，屏蔽高6位后存入31H单元，读出ADC_RESL寄存器的值，存入30H单元。汇编语言程序代码如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件ADC_HIEQU31H;A/D转换结果高2位ADC_LOWEQU30H;A/D转换结果低8位

ORG0000HLJMPMAINORG 002BHLJMPADC_ISR;ADC中断服务程序入口

ORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;设置堆栈

ORLADC_CONTR,#80H;开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源

MOVA,#20HLCALLDELAY;开A/D转换电源后要加适当延时，1ms以内即可MOVP1ASF,#04H;设置P1.2的模拟量功能

MOVADC_CONTR,#11100010B;选择P1.2作为A/D转换通道

MOVA,#05HLCALLDELAY;如果切换A/D转换通道,则需要加延时ORLAUXR1,#04H;设置ADC转换结果存储格式（ADRJ=1）

ORLADC_CONTR,#00001000B;启动A/D转换

SETBEADC;EADC=1,开放ADC的中断控制位SETBEA;开放CPU总中断

SJMP$;循环等待中断ADC_ISR:;ADC中断服务程序入口

ANLADC_CONTR,#11100111B;将ADC_FLAG清零

MOVA,ADC_RES;读取A/D转换结果高2位

ANLA,#03H;屏蔽高6位

MOVADC_HI,A;保存A/D转换结果高2位

MOVA,ADC_RESL;读取A/D转换结果低8位

MOVADC_LOW,A;保存A/D转换结果低8位ORLADC_CONTR,#00001000B;重新启动A/D转换RETIDELAY:;延时子程序

PUSH02;将寄存器组0的R2入栈

PUSH03;将寄存器组0的R3入栈

PUSH04;将寄存器组0的R4入栈

MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循环延时200406个时钟周期

MOVR3,#200;2个时钟周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循环延时1002个时钟周期

MOVR2,#249;2个时钟周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4个时钟周期

DJNZR3,DELAY_LOOP1;4个时钟周期

DJNZR4,DELAY_LOOP0;4个时钟周期

POP04POP03POP02RETENDC语言程序代码如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件unsignedchardataadc_hi_at_0x31;//A/D转换结果变量高2位unsignedchardataadc_low_at_0x30;//A/D转换结果变量低8位voidmain(void){unsignedlongi;ADC_CONTR|=0x80;//开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源for(i=0;i<10000;i++);//适当延时P1A