單片機(jī)原理與應(yīng)用-基于匯編、C51及混合編程第9章STC12C5A60S2單片機(jī)的片內(nèi)AD轉(zhuǎn)換器

第9章STC12C5A60S2單片機(jī)的片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器

9.1A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)9.2A/D轉(zhuǎn)換器的相關(guān)寄存器9.3A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用第9章STC12C5A60S2單片機(jī)的片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器傳統(tǒng)的單片機(jī)只能處理數(shù)字量信息，但在應(yīng)用中經(jīng)常需要處理一些連續(xù)變化的模擬量，例如溫度、流量、電壓、頻譜等，這就需要先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成單片機(jī)可以處理的數(shù)字量。STC90C58AD、STC12C5A60S2、STC12C5410AD等單片機(jī)內(nèi)部集成了8路10位A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)到250KHz（25萬(wàn)次/秒），即轉(zhuǎn)換周期為4μs。9.1A/D轉(zhuǎn)換的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC12C5A60S2單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換的輸入端在P1口（P1.7－P1.0），上電復(fù)位后，P1口為弱上拉，用戶可以通過程序?qū)?路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。從最高位開始的逐位試探法逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理：模擬量輸入逐次逼近式：轉(zhuǎn)換前，N位寄存器寫入的數(shù)據(jù)先由最高位置1，DAC輸出值與被測(cè)的模擬值進(jìn)行比較：如果“低于”，該位的1被保留；如果“高于”該位的1被清除。然后下一位再置1，再比較，決定是否保留……直至最低位完成同一過程。寫入的數(shù)據(jù)從最高位到最低位都試探過一遍的最終值就是A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。9.2A/D轉(zhuǎn)換器的相關(guān)寄存器

與A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)的寄存器有：P1口模擬功能控制寄存器P1ASFA/D轉(zhuǎn)換器控制寄存器ADC_CONTRA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL輔助寄存器AUXR1與A/D中斷有關(guān)的寄存器IE、IPH和IP1．P1口模擬功能控制寄存器P1ASF（地址9DH）

當(dāng)P1口中某引腳要作為A/D使用時(shí)，要將P1ASF寄存器

中該引腳所對(duì)應(yīng)的位置1，即該引腳設(shè)置為模擬功能；

通過MOVP1ASF,#DATA指令實(shí)現(xiàn)。2.ADC控制寄存器ADC_CONTR（地址BCH）

啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換之前一定要保證A/D轉(zhuǎn)換器的電源已打開，并且首次開啟內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換電源時(shí)，需要適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，等內(nèi)部電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器的電源可降低功耗。ADC_POWER：A/D轉(zhuǎn)換器的電源控制位。當(dāng)該位為1時(shí)，開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源；當(dāng)該位為0時(shí)，關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源。SPEED1、SPEED0：轉(zhuǎn)換速度控制位。對(duì)SPEED1、SPEED0兩位取不同的值時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間不同，具體情況如表9－1所示SPEED1SPEED0A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間1190個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次10180個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次01360個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次00540個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次ADC_FLAG：A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，硬件自動(dòng)將ADC_FLAG位置1，但要通過程序?qū)⑵淝?。ADC_START：

轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位。將該位設(shè)置為1時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，該位自動(dòng)清0。下次需要啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須再次將該位置1。CHS2、CHS1、CHS0：模擬輸入通道選擇。當(dāng)CHS2、CHS1、CHS0三位取不同的值時(shí)，選擇P1口不同的引腳作為模擬輸入通道，具體情況如表9－2所示。CHS2CHS1CHS0模擬輸入通道選擇000P1.0作為A/D輸入001P1.1作為A/D輸入010P1.2作為A/D輸入011P1.3作為A/D輸入100P1.4作為A/D輸入101P1.5作為A/D輸入110P1.6作為A/D輸入111P1.7作為A/D輸入3．A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL

（地址0BDH、0BEH）

用于保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)輔助寄存器AUXR1（參見圖2－8）中ADRJ（A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器的數(shù)據(jù)格式調(diào)整控制）位為0時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL的低2位中。ADRJ位為1時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高2位存放在ADC_RES寄存器的低2位中，低8位存放在ADC_RESL寄存器中。10位A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果與輸入電壓的關(guān)系為：(ADC_RES[1：0]，ADC_RESL[7：0])=2109.3A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的步驟如下：（1）設(shè)置P1ASF寄存器，確定P1口的相應(yīng)引腳作為模擬輸入通道，設(shè)置輔助寄存器AUXR1中的ADRJ位確定轉(zhuǎn)換結(jié)果保存格式；（2）設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器ADC_CONTR，打開A/D轉(zhuǎn)換電源，確定轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換通道；（3）啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。上電后首次打開內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換模擬電源時(shí)，需適當(dāng)延時(shí)，待內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。（4）A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后經(jīng)4個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)可以通過軟件查詢ADC_CONTR寄存器中的ADC_FLAG位是否為1，當(dāng)ADC_FLAG為1時(shí)表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后需將ADC_FLAG位清0?！纠?－1】設(shè)單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz，利用STC12C5A60S2單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將測(cè)溫電阻PT1000的阻值隨溫度變化所形成的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)讀取后存放于30H、31H單元，如圖9－5所示。

【例9－1】設(shè)單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz，利用STC12C5A60S2單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將測(cè)溫電阻PT1000的阻值隨溫度變化所形成的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)讀取后存放于30H、31H單元，如圖9－5所示。

分析：首先將PT1000阻值變化所反應(yīng)出的電壓信號(hào)經(jīng)儀表放大器AD623放大成0－5V的電壓信號(hào)。經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，為了提高轉(zhuǎn)換的精確度，盡量減小電源噪聲的影響，可連續(xù)采集64次，并對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果求和，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)16位的A/D轉(zhuǎn)換。匯編語(yǔ)言子程序AD_RESULT1EQU30H；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位AD_RESULT2EQU31H；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低8位P1ASFEQU9DHAUXR1EQUA2HADC_CONTREQUBCHAD_CONVERT： MOVP1ASF,#01H；選擇P1.0為A/D轉(zhuǎn)換模擬量的輸入

ORLAUXR1,#00000100B；選擇ADRJ位為1 MOVA,#0E0HMOVADC_CONTR，A；開啟A/D轉(zhuǎn)換的電源 MOV AD_RESULT1,#00H MOV AD_RESULT2,#00H

LCALLDELAY_10μs；等待A/D轉(zhuǎn)換電源穩(wěn)定 MOV A,#11101000B MOV ADC_CONTR,A

；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6,#64 ；R6作為計(jì)數(shù)器AD_CONVERT1：

LCALLAD_CONV；調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換的子程序 DJNZR6,AD_CONVERT1；64次轉(zhuǎn)換未結(jié)束，繼續(xù)轉(zhuǎn)換 MOVA,#0 MOVADC_CONTR,A；清ADC_FLAG位，并停止AD轉(zhuǎn)換 RETAD_CONV： MOV A,ADC_CONTR JNB ACC.4,AD_CONV；等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOV A,#11101000B MOV ADC_CONTR,A ；再次啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換

MOV A,ADC_RESL；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的低8位 ADD A,AD_RESULT2；與低8位結(jié)果相加 MOVAD_RESULT2,A；將得到的結(jié)果存放至31H單元MOVA,ADC_RES；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的高兩位ANLA,#03H；屏蔽ADC_RES寄存器的高6位

ADDCA,AD_RESULT1；與高8位結(jié)果相加 MOVAD_RESULT1,A；將得到的結(jié)果存放至30H單元 RETDELAY_10μs:

MOV

R5,#1EH

DJNZ

R5,$

RETC51程序：#include<STC12C5A.h>#include<intrins.h>//聲明本征函數(shù)庫(kù)unsignedinttemp,result;unsignedcharnum=0x40;//設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換次數(shù)voidAD_CONV();//A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)的聲明voidDELAY_10μs();//延時(shí)10μs函數(shù)的聲明voidmain(){ P1ASF=0x01;選擇P1.0為A/D轉(zhuǎn)換模擬量的輸入

AUXR1=0x04；選擇ADRJ位為1 ADC_CONTR=0xE0;//開啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的電源 DELAY_10μs();//延時(shí)10μs ADC_CONTR=0xE8;//啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

while(num!=0) { AD_CONV();//調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換函數(shù) num--;//計(jì)數(shù)值減1 }

while(1);}

voidAD_CONV(){

do{ temp=ADC_CONTR;//讀A/D轉(zhuǎn)換的控制寄存器的內(nèi)容 }while(（temp&0x10)!=0x10);//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 ADC_CONTR=0xE8；//再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 temp=ADC_RESL;//讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的低8