2022年AD与DA转换实验[收 .pdf

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1、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 容一、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

2、次逼近型 A/D 转换器速度较快，精度略低于双积分型。STC12C5A60S2 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ADC0ADC7（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（SFR），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9DH）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_CONTR：ADC 控制寄存

3、器（字节地址为BCH）ADC_POWER用于 A/D 转换器电源控制，设为0 时，关闭A/D 转换器电源，设为1 时，开启A/D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 00/01/10/11时，A/D 转换分别需要540/360/180/90个时钟周期；ADC_FLAG 为转换结束标志位，A/D 转换完成后ADC_FLAG 自动置 1（需通过程序清0）；ADC_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ADC_START 自动清 0）；CHS2、CHS1、CHS0用于模拟输入通道选择，其8 种组

4、合分别对应选择ADC0ADC7 通道。ADC_RES 和 ADC_RESL：A/D转换结果寄存器（字节地址分别为BDH 和 BEH）注：STC12C5A60S2 新增 AUXR1 寄存器中 ADRJ位由复位时默认的0 改为 1，则 ADC_RES 和 ADC_RESL名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 9 页 -2 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ADC输入引脚；2

5、）设置 ADC_CONTR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_CONTR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_RES 和 ADC_RESL 寄存器，组成10 位 A/D 转换结果。图 3.8.1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，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L101L108 以二进制或其它形式显示，也可用于控制蜂鸣器BZ1的发声频率。图 3.8.1 A/D转换实验

6、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 信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3.8.2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 80C51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PWM信

7、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 信号，其中，PWM0 通过 P1.3（也可切换到P4.2）输出，PWM1 通过 P1.4（也可切换到P4.3）输出。图 3.8.2 D/A转换实验电路 STC12C5A60S2 新增多个与PCA相关的 SFR，其中，本实验涉及的PWM1 输出相关的SFR包括：CCON：PCA 控制寄存器（字节地址为D8H）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -3 其中，CR 为 PCA 运

8、行控制位，设为0 时，关闭 PCA，设为 1 时，启动PCA。CMOD：PCA 工作模式寄存器（字节地址为D9H）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。CCAPM1：PCA 模块 1 的模式寄存器（字节地址为DBH）其中，为使PCA 模块 1 工作在 8 位 PWM 无中断模式，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

9、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，PWM1 引脚输出为低，大于或等于CCAP1L 时，PWM1 引脚输出为高；另外，当CL的值由 FFH加到 00H（溢出）时，CCAP1H 的当前值自动加载到CCAP1L中，因此，程序只需对CCAP1H 进行设定，即可在 PWM1 引脚稳定输出相应占空比的PWM 信号。三、实验设备1、PC机一台（已安装Keil uVision、STC_ISP等软件）；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

10、/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：#include#include typedef unsigned char uint8;sfr P1ASF=0 x9D;sfr ADC_CONTR=0 xBC;sfr

11、 ADC_RES=0 xBD;uint8 ADC(uint8 ch);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -4 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=1ch;ADC_CONTR=0 x88+ch;_nop_();while(ADC_CONTR&0 x10)=0);ADC_

12、CONTR&=0 x10;return ADC_RES;void UartInit()TMOD=0 x20;TH1=TL1=0 xFD;TR1=1;SCON=0 x50;void UartSendByte(uint8 x)SBUF=x;while(!TI);TI=0;void Delay(int ms)int i;while(ms-)for(i=700;i;i-);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 9 页 -5 仿真结果如下：2、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：#include#include typedef unsigned cha

13、r uint8;sfr P1ASF=0 x9D;sfr ADC_CONTR=0 xBC;sfr ADC_RES=0 xBD;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=(1N/32);/Delay(200);N+=1000;while(-N);P11=0 x01;uint8 ADC(uint8 ch)P1ASF=1ch;ADC_CONTR=0 x88+ch;名师资料

14、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -6 _nop_();while(ADC_CONTR&0 x10)=0);ADC_CONTR&=0 x10;return ADC_RES;void UartInit()TMOD=0 x20;TH1=TL1=0 xFD;TR1=1;SCON=0 x50;void UartSendByte(uint8 x)SBUF=x;while(!TI);TI=0;void Delay(int 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

15、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：#include typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD=0 xD9;sfr CCAPM1=0 xDB;sbit CR=0 xDE;sfr CCAP1H=0 xFB;sbit bo=P11;void Delay(uint16 ms);void PwmInit()CMOD=0 x08;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -7 CCAPM1=0 x42;CR=1;void P

16、wmOut(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;i254;i+)PwmOut(i);j=100;while(-j);void Delay(uint16 ms)int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j100;j+);仿真波形如右图所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -8 2、设计程序，利用STC12C5A60S2单

17、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：#include typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD=0 xD9;sfr CCAPM1=0 xDB;sbit CR=0 xDE;sfr CCAP1H=0 xFB;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

18、,92,116;void Delay(uint16 ms);void PwmInit()CMOD=0 x08;CCAPM1=0 x42;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;i32;i+)/PwmOut(i);PwmOut(SinTablei);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -9 j=100;while(-j);void Delay(uint16 ms)int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j100;j+);仿真波形如右图所示：五、实验结果与心得1.本次实验在编写音乐代码是比较繁琐，但是最后如果编写成功还是很有成就感。2.通过本实验，理解和掌握了信号频率产生的应用。3.由于本实验程序是使用C语言编写的，所以在保存文件时后缀应为.C，不然文件会出错。4.掌握了蜂鸣器件的驱动和应用，熟悉按键文件分程序设计。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -