AD與DA轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告院別：電子信息學(xué)院課程名稱：微處理器實(shí)驗(yàn)班級(jí)無(wú)線技術(shù)14姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱A/D與D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2016年11月25日成績(jī)教師簽名批改時(shí)間報(bào)告內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、熟悉A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換的基本原理。2、掌握單片機(jī)內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換器的特性及程序控制方法。3、掌握利用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理及程序控制方法。二、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介A/D轉(zhuǎn)換器（ADC的作用是實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換，常用A/D轉(zhuǎn)換器類型包括雙積分型和逐次逼近型。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度慢。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器速度較快，精度略低于雙積分型。S

2、TC12C5A60S單片機(jī)內(nèi)部自帶 8路10位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器，可在程序控制下，將 ADC0ADC（與 P1 口引腳復(fù)用）中任何一路模擬輸入轉(zhuǎn)換為等比例的10位數(shù)字量。為便于程序控制，STC12C5A60S2新增多個(gè)與A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的特殊功能寄存器（SFF），常用寄存器的功能及各位含義如下：P1ASF模擬功能控制寄存器（字節(jié)地址為 9DHP1ASFFl fiASF 円韶護(hù)Pl 4A3FP13ASFPlLASFP1(SE;P1ASF 的Di位設(shè)為0時(shí)，P1.i位用作普通I/O 口；P1ASF 的Di位設(shè)為1時(shí)，P1.i位用作ADCi模擬輸入引腳。ADC_CONTRDC控制寄存器（字節(jié)地

3、址為 BCHADC .<5PEED1SPEEDOAll Ft .AGADC STARTCHS2CHS1CH SO0時(shí)，關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源，設(shè)為AIL KITRADC_POWER于 A/D轉(zhuǎn)換器電源控制，設(shè)為轉(zhuǎn)換器電源。開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源；SPEED1、SPEED0用于A/D轉(zhuǎn)換速度設(shè)置，設(shè)為個(gè)時(shí)鐘周期；ADC_FLAG為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，A/D轉(zhuǎn)換完成后00/01/10/11 時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換分別需要ADC_FLA（自動(dòng)置1 （需通過(guò)程序清1時(shí)，開啟A/D540/360/180/90ADC_START用于A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制，設(shè)為 1時(shí)，開始A/D轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換結(jié)束后 ADCCHS2、CHS1

4、 CHS0用于模擬輸入通道選擇，其8種組合分別對(duì)應(yīng)選擇 ADC0ADC通道。ADC_RE和ADC_RESLA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（字節(jié)地址分別為 BDH和BEH0)；STAR自 動(dòng)清 0);【出1)71)4D3kFDIT)0JLDC 胺ADC RESL注：STC12C5A60S新增 AUXR1寄存器中 ADRJ位由復(fù)位時(shí)默認(rèn)的 0改為1,貝U ADC RE和 ADC RES將改為分別存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的高2位和低8位。此外，STC12C5A60S2的A/D轉(zhuǎn)換器也支持中斷控制。STC12C5A60S2中A/D轉(zhuǎn)換器的控制流程與傳統(tǒng)ADC0809芯片類似：1）設(shè)置P1ASF寄存器，指定P1 口某口線用作

5、 ADC俞入引腳；2）設(shè)置ADC_CONT寄存器，開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源，選擇轉(zhuǎn)換速度及通 道，并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；3）查詢ADC_CONT寄存器的ADC_FLAG位，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；4） ADC_FLAG位變?yōu)?時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取 ADC_RE和ADC_RES寄存器，組成10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖為ZSC-1實(shí)驗(yàn)箱的STC12C5A60S2的 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)電路。電位器 W101產(chǎn)生05V模擬電壓,L101L108以二進(jìn)制或其它形式顯示,通過(guò)ADC1引腳輸入單片機(jī)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過(guò)發(fā)光管 也可用于控制蜂鳴器 BZ1的發(fā)聲頻率。VCCwin 1 亦I?Vccr(koi tjpML IfTl

6、 UfSAfeirCPM M3CLFNHPA；PH) 1P3 4njiWiJ剛MH)7圖 3.8.1 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)電路D/A 轉(zhuǎn)換器（DAC的作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的線性轉(zhuǎn)換。為實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，除了在單片機(jī)外部配置專用D/A轉(zhuǎn)換器芯片外，還可使用成本較低的PWM加低通濾波的方法，其依據(jù)的主要原理是：PWM!號(hào)的平均電壓正比于信號(hào)的占空比。本實(shí)驗(yàn)即使用該方法實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，電路如圖所示。單片機(jī)在程序控制下，以一定的時(shí)間間隔，通過(guò)P1.4 口線動(dòng)態(tài)輸出不同占空比的PWM信號(hào)，經(jīng)電阻、電容組成的低通濾波器濾波后，即可在排針J101的2腳得到各時(shí)間點(diǎn)幅值正比于對(duì)應(yīng)占空比的連續(xù)模擬信號(hào)。對(duì)于普通80

7、C51單片機(jī)，一般是通過(guò)程序控制通用定時(shí) /計(jì)數(shù)器并配合中斷處理， 來(lái)產(chǎn)生所需的PWI 信號(hào)。STC12C5A60S2除具有普通80C51的兩個(gè)通用定時(shí)/計(jì)數(shù)器外，還增加了具有多種工作模式的兩路 可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA模塊，能夠非常方便地產(chǎn)生兩路頻率相同而占空比獨(dú)立的PWM!號(hào)，其中，PWM通過(guò)P1.3 （也可切換到 P4.2 ）輸出，PWM通過(guò)P1.4 （也可切換到 P4.3）輸出。FI.41J_1_ 2-Or-fl 01U luF圖3.8.2 D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)電路PWM輸出相關(guān)的SFR包括:STC12C5A60S2新增多個(gè)與 PCA相關(guān)的SFR 其中，本實(shí)驗(yàn)涉及的CCON PCA控制寄存

8、器（字節(jié)地址為 D8HCCDS CFLIT-|- CLFl tCFO其中，CR為PCA運(yùn)行控制位，設(shè)為 0時(shí)，關(guān)閉PCA，設(shè)為1時(shí)，啟動(dòng)PCA。CMODPCA工作模式寄存器（字節(jié)地址為 D9HCWD CIDL-ICPS2 CHICPSQ 苗|其中，CPS2、CPS1、CPS0、用于PCA時(shí)鐘源選擇，例如，100組合時(shí)以系統(tǒng)時(shí)鐘（其頻率為晶振頻 率）為PCA時(shí)鐘，000組合時(shí)以系統(tǒng)時(shí)鐘的 12分頻為PCA時(shí)鐘。CCAPM1PCA模塊1的模式寄存器（字節(jié)地址為 DBHCCAPU1FC'I ：l.CAPP ICAFMMATITOG ImiECCFl其中，為使PCA模塊1工作在8位PWM無(wú)中斷

9、模式，應(yīng)將 ECOM1和PWM1兩位設(shè)為1,其它 位設(shè)為0。此外，CCAP1H（字節(jié)地址為 FBH和CCAP1L（字節(jié)地址為 EBH分別是PCA模塊1捕捉/比較寄存 器的高8位和低8位。在8位PWM模式下，當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器低8位（CL）的值小于CCAP1L時(shí)，PWM1I腳 輸出為低，大于或等于 CCAP1LM, PWM引腳輸出為高；另外，當(dāng) CL的值由FFH加到00H （溢出）時(shí)， CCAP1H勺當(dāng)前值自動(dòng)加載到 CCAP1沖，因此，程序只需對(duì)CCAP1H進(jìn)行設(shè)定，即可在PWM引腳穩(wěn)定輸 出相應(yīng)占空比的PWMt號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、PC機(jī)一臺(tái)（已安裝 Keil uVision 、STC_ISP等軟

10、件）；2、ZSC-1單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟實(shí)驗(yàn)步驟： 在Keil中編寫源程序。 在Keil中創(chuàng)建工程，加入源程序文件， 設(shè)置選項(xiàng)，進(jìn)行匯編/編譯、連接、轉(zhuǎn)換處理，生成HEX 格式的單片機(jī)程序文件。 用串行電纜連接實(shí)驗(yàn)箱和PC機(jī)各自的串行通信口，并運(yùn)行PC機(jī)上的STC_ISP程序，進(jìn)行單片機(jī)程序下載（注意 MCU1要先斷電再上電）。 運(yùn)行單片機(jī)程序，調(diào)節(jié) W101電位器，觀察發(fā)光管顯示的變化。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（一） A/D （Mcu1 內(nèi)部 ADC）1、設(shè)計(jì)程序，以0.2秒為間隔，采集 ADC （ P1.1）腳的輸入電壓，將數(shù)字量顯示在LED上，并通過(guò)串口發(fā)送出去。程序代碼如下：#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-);仿真結(jié)果如下：程序文件| EE

13、PRDH丈件申口助于工程文件 送援沖區(qū)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 犧4A4E4$QB4B41FF FFFF?FFFFFIfFlFF FF

14、7FFFFFFF7FFl2、設(shè)計(jì)程序，用P1.1腳電壓控制蜂鳴器發(fā)聲頻率。 程序代碼如下：#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 內(nèi)部 PCA 輸出 PWM+ 外部 RCLPF)1、設(shè)計(jì)程序，利用STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)部PCA模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)，經(jīng)低通濾波后輸出鋸齒波。程序代碼如下：#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+);仿真波形如右圖所示：2、設(shè)計(jì)程序，利用 STC12C5A60S2 單片機(jī)內(nèi)部 PCA模塊產(chǎn)生PWM信號(hào)，經(jīng)低通濾波后輸出正弦 波。程序代碼如下：#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