AD與DA轉(zhuǎn)換實驗

1、電子科技大學中山學院學生實驗報告院別：電子信息學院 課程名稱：微處理器實驗班級無線技術14姓名學號實驗名稱A/D與D/A轉(zhuǎn)換實驗實驗時間2016年11月25日成績教師簽名批改時間報 告 內(nèi) 容一、實驗目的和任務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技術實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理及程序控制方法。二、實驗原理簡介A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的作用是實現(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)點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，缺點是轉(zhuǎn)換速度慢。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器速度較快，精度略低

2、于雙積分型。STC12C5A60S2單片機內(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ADC0ADC7（與P1口引腳復用）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新增多個與A/D轉(zhuǎn)換器相關的特殊功能寄存器（SFR），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9DH） P1ASF的Di位設為0時，P1.i位用作普通I/O口； P1ASF的Di位設為1時，P1.i位用作ADCi模擬輸入引腳。 ADC_CONTR：ADC控制寄存器（字節(jié)地址為BCH） ADC_POWER用于A/D轉(zhuǎn)換器電源控制，設為0時，關

3、閉A/D轉(zhuǎn)換器電源，設為1時，開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源。開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源； SPEED1、SPEED0用于A/D轉(zhuǎn)換速度設置，設為00/01/10/11時，A/D轉(zhuǎn)換分別需要540/360/180/90個時鐘周期； ADC_FLAG為轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位，A/D轉(zhuǎn)換完成后ADC_FLAG自動置1（需通過程序清0）； ADC_START用于A/D轉(zhuǎn)換啟動控制，設為1時，開始A/D轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換結(jié)束后ADC_START自動清0）； CHS2、CHS1、CHS0用于模擬輸入通道選擇，其8種組合分別對應選擇ADC0ADC7通道。ADC_RES和ADC_RESL：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（字節(jié)地址分別為BDH和BEH

4、） 注：STC12C5A60S2新增AUXR1寄存器中ADRJ位由復位時默認的0改為1，則ADC_RES和ADC_RESL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）設置P1ASF寄存器，指定P1口某口線用作ADC輸入引腳；2）設置ADC_CONTR寄存器，開啟A/D轉(zhuǎn)換器電源，選擇轉(zhuǎn)換速度及通道，并啟動轉(zhuǎn)換；3）查詢ADC_CONTR寄存器的ADC_FLAG位，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；4）ADC_FLAG位變?yōu)?時，轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀取ADC_RES和ADC_RE

5、SL寄存器，組成10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖3.8.1為ZSC-1實驗箱的STC12C5A60S2的A/D轉(zhuǎn)換實驗電路。電位器W101產(chǎn)生05V模擬電壓，通過ADC1引腳輸入單片機進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過發(fā)光管L101L108以二進制或其它形式顯示，也可用于控制蜂鳴器BZ1的發(fā)聲頻率。 圖3.8.1 A/D轉(zhuǎn)換實驗電路 D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）的作用是實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的線性轉(zhuǎn)換。為實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，除了在單片機外部配置專用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信號的平均電壓正比于信號的占空比。本實驗即使用該方法實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，電路如圖3.8.2

6、所示。單片機在程序控制下，以一定的時間間隔，通過P1.4口線動態(tài)輸出不同占空比的PWM信號，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腳得到各時間點幅值正比于對應占空比的連續(xù)模擬信號。對于普通80C51單片機，一般是通過程序控制通用定時/計數(shù)器并配合中斷處理，來產(chǎn)生所需的PWM信號。STC12C5A60S2除具有普通80C51的兩個通用定時/計數(shù)器外，還增加了具有多種工作模式的兩路可編程計數(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立的PWM信號，其中，PWM0通過P1.3（也可切換到P4.2）輸出，PWM1通過P1.4（也可切換到P4.3）輸出。 圖3.8

7、.2 D/A轉(zhuǎn)換實驗電路 STC12C5A60S2新增多個與PCA相關的SFR，其中，本實驗涉及的PWM1輸出相關的SFR包括：CCON：PCA控制寄存器（字節(jié)地址為D8H） 其中，CR為PCA運行控制位，設為0時，關閉PCA，設為1時，啟動PCA。CMOD：PCA工作模式寄存器（字節(jié)地址為D9H） 其中，CPS2、CPS1、CPS0、用于PCA時鐘源選擇，例如，100組合時以系統(tǒng)時鐘（其頻率為晶振頻率）為PCA時鐘，000組合時以系統(tǒng)時鐘的12分頻為PCA時鐘。 CCAPM1：PCA模塊1的模式寄存器（字節(jié)地址為DBH） 其中，為使PCA模塊1工作在8位PWM無中斷模式，應將ECOM1和PW

8、M1兩位設為1，,其它位設為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PCA計數(shù)器低8位（CL）的值小于CCAP1L時，PWM1引腳輸出為低，大于或等于CCAP1L時，PWM1引腳輸出為高；另外，當CL的值由FFH加到00H（溢出）時，CCAP1H的當前值自動加載到CCAP1L中，因此，程序只需對CCAP1H進行設定，即可在PWM1引腳穩(wěn)定輸出相應占空比的PWM信號。三、實驗設備1、PC機一臺（已安裝Keil uVision、STC_ISP等軟件）； 2、ZSC-1單片機實驗箱一臺。四、

9、實驗內(nèi)容和步驟 實驗步驟： 在Keil中編寫源程序。 在Keil中創(chuàng)建工程，加入源程序文件，設置選項，進行匯編/編譯、連接、轉(zhuǎn)換處理，生成HEX格式的單片機程序文件。 用串行電纜連接實驗箱和PC機各自的串行通信口，并運行PC機上的STC_ISP程序，進行單片機程序下載（注意MCU1要先斷電再上電）。 運行單片機程序，調(diào)節(jié)W101電位器，觀察發(fā)光管顯示的變化。實驗內(nèi)容：（一）A/D（Mcu1內(nèi)部ADC）1、設計程序，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，并通過串口發(fā)送出去。程序代碼如下：#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-);仿真結(jié)果如下： 2、 設計程序，用P1.1腳電壓控制蜂鳴器發(fā)聲頻率。程序代碼如下：#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內(nèi)部PCA輸出PWM+外部RCLPF） 1、 設計程序，利用STC12C5A60S2單片機內(nèi)部PCA模塊產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)低通濾波后輸出鋸齒波。程序代碼如下：#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+);仿真波形如右圖所示： 2、 設計程序，利用STC12C5A60S2單片機內(nèi)部PC

16、A模塊產(chǎn)生PWM信號，經(jīng)低通濾波后輸出正弦波。程序代碼如下：#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(