数模转换器与模数转换器.ppt

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1、数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器现在学习的是第1页，共105页随随着着数数字字电电子子技技术术及及计计算算机机技技术术的的广广泛泛普普及及与与应应用用，数数字信号的传输与处理日趋普遍。字信号的传输与处理日趋普遍。自自然然形形态态下下的的物物理理量量多多以以模模拟拟量量的的形形式式存存在在的的，如如温温度度、湿湿度度、压压力力、流流量量、速速度度等等，实实际际生生产产、生生活活和和科科学学实实验验中中还会遇到化学量、生物量（包括医学）等。还会遇到化学量、生物量（包括医学）等。从从信信号号工工程程的的角角度度来来看看，要要进进行行信信号号的的计计算算机机处处理理，上上述述所所有有的的物

2、物理理量量、化化学学量量和和生生物物量量等等都都需需要要使使用用相相应应的的传传感感器器，将将其其转换成转换成电信号（称之为模拟量）电信号（称之为模拟量）将将模模拟拟量量转转换换为为计计算算机机能能够够识识别别处处理理的的数数字字量量，而而后后再再进进行信号的传输、处理、存储、显示和控制。行信号的传输、处理、存储、显示和控制。2现在学习的是第2页，共105页同同样样，计计算算机机控控制制外外部部设设备备时时，如如电电动动调调节节阀阀、调调速速系系统统等等，需需要要将将计计算算机机输输出出的的数数字字信信号号变变换成外设能够接受的模拟信号。换成外设能够接受的模拟信号。将将模模拟拟量量转转换换成成

3、数数字字量量的的器器件件称称为为模模数数转转换换器器（Analog to Digital Converter，ADC），也也称称为为A/D转换器或者转换器或者ADC器件；器件；将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量的的器器件件称称为为数数模模转转换换器器（Digital to Analog Converter，DAC），也也称称为为D/A转换器。转换器。3现在学习的是第3页，共105页以以单单片片机机为为核核心心，具具有有模模拟拟量量输输入入和和输输出出的的应应用系统结构如图所示。用系统结构如图所示。图9-1 具有模拟量输入输出的单片机系统 4现在学习的是第4页，共105页传感器和变送器的区

4、别传感器和变送器的区别检检测测仪仪表表在在模模拟拟电电子子技技术术条条件件下下，一一般般是是包包括括传传感感器器、检检测测点点取取样样设设备备及及放放大大器器（进进行行抗抗干干扰扰处处理理及及信信号号传传输输），当当然然还还有有电电源源及及现现场场显显示部分（可选择）。示部分（可选择）。传感器是一种把非电量转变成电信号的器件。传感器是一种把非电量转变成电信号的器件。电电信信号号一一般般分分为为连连续续量量、离离散散量量两两种种，实实际际上上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等。还可分成模拟量、开关量、脉冲量等。5现在学习的是第5页，共105页模模拟拟信信号号一一般般采采用用4-20mA DC的的标

5、标准准信信号号传传输输。数数字字化化过过程程中中，常常常常把把传传感感器器和和微微处处理理器器及及通通信信网网络络接接口口封封装装在在一一个个器器件件（称称为为检检测测仪仪表表）中，完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。中，完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。在在自自动动化化仪仪表表中中经经常常把把检检测测仪仪表表称称为为变变送送器器，如温度变送器、压力变送器等。如温度变送器、压力变送器等。6现在学习的是第6页，共105页本章内容安排本章内容安排本本章章首首先先介介绍绍模模数数转转换换器器的的工工作作原原理理及及性性能能指指标；标；然然后后介介绍绍模模数数转转换换器器ADS7852与与单单片

6、片机机的的接接口口方方法法及及编编程程应应用用，介介绍绍STC15F2K60S2单单片片机机片内集成模数转换模块的使用片内集成模数转换模块的使用；最最后后介介绍绍数数模模转转换换器器TLV5616与与单单片片机机的的接接口口方法及编程应用。方法及编程应用。7现在学习的是第7页，共105页9.1模数转换器的工作原理及性能指标一、模数转换器的工作原理一、模数转换器的工作原理根根据据转转换换的的工工作作原原理理不不同同，模模数数转转换换器器可可以以分分为计数为计数-比较式、逐次逼近式和双斜率积分式。比较式、逐次逼近式和双斜率积分式。计计数数-比比较较式式模模数数转转换换器器结结构构简简单单，价价格格

7、便便宜宜，转换速度慢，较少采用。转换速度慢，较少采用。下下面面主主要要介介绍绍逐逐次次逼逼近近式式和和双双斜斜率率积积分分式式模模数数转换器的工作原理。转换器的工作原理。8现在学习的是第8页，共105页1、逐次逼近式模数转换器的工作原理、逐次逼近式模数转换器的工作原理逐次逼近式模数转换器电路框图如图所示。逐次逼近式模数转换器电路框图如图所示。图9-2 逐次逼近式模数转换器的工作原理9现在学习的是第9页，共105页逐逐次次逼逼近近式式模模数数转转换换器器主主要要由由逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器SAR、数数字字/电电压压转转换换器器、比比较较器器、时时序序及及控控制逻辑制逻辑等部分组成。等部分组成

8、。10现在学习的是第10页，共105页工作过程工作过程当当模模数数转转换换器器收收到到“转转换换命命令令”并并清清除除SAR寄寄存存器器后后，控控制制电电路路先先设设定定SAR中中的的最最高高位位为为“1”，其其余余位位为为“0”，此此预预测测数数据被送至据被送至D/A转换器，转换成电压转换器，转换成电压Vc。然然后后将将Vc与与输输入入模模拟拟电电压压Vx在在高高增增益益的的比比较较器器中中进进行行比比较较，比较器的的输出为逻辑比较器的的输出为逻辑0或逻辑或逻辑1。如如果果VxVc，说说明明此此位位置置“1”是是对对的的，应应予予保保留留；如如果果VxVc，说明此位置，说明此位置“1”不合适

9、，应予清除。不合适，应予清除。按按该该方方法法继继续续对对次次高高位位进进行行转转换换、比比较较和和判判断断，决决定定次次高高位位应应取取“1”还是取还是取“0”。重复上述过程，直至确定重复上述过程，直至确定SAR最低位为止。最低位为止。该该过过程程完完成成后后，状状态态线线改改变变状状态态，表表示示已已完完成成一一次次完完整整的的转转换换，SAR中中的的内内容容就就是是与与输输入入的的模模拟拟电电压压对对应应的的二二进进制制数数字字代代码。码。11现在学习的是第11页，共105页2、双积分式模数转换器的工作原理、双积分式模数转换器的工作原理双双积积分分式式模模数数转转换换器器转转换换方方法法

10、的的抗抗干干扰扰能能力力比比逐次逼近式模数转换器强。逐次逼近式模数转换器强。该方法的基础是测量两个时间：该方法的基础是测量两个时间：一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间另一个是在已知参考电压下放电所需的时间另一个是在已知参考电压下放电所需的时间模模拟拟输输入入电电压压与与参参考考电电压压的的比比值值就就等等于于上上述述两两个时间值之比。个时间值之比。12现在学习的是第12页，共105页双积分模数转换器的组成框图如图所示。双积分模数转换器的组成框图如图所示。图9-3 双积分式模数转换器的组成框图13现在学习的是第13页，共105页双积分式模数转换器优点双积

11、分式模数转换器优点具具有有精精度度高高、抗抗干干扰扰能能力力强强的的特特点点，在在实实际际工工程中得到了使用。程中得到了使用。由由于于逐逐次次逼逼近近式式模模数数转转换换技技术术能能很很好好的的兼兼顾顾速速度度和和精精度度，故故在在16位位以以下下的的模模数数转转换换器器中中得得到到了广泛应用。了广泛应用。14现在学习的是第14页，共105页二、模数转换器的性能指标二、模数转换器的性能指标A/D转转换换器器是是实实现现单单片片机机数数据据采采集集的的常常用用外外围围器器件件。A/D转转换换器器的的品品种种繁繁多多，性性能能各各异异，在在设设计计数数据据采采集集系系统统时时，首首先先碰碰到到的的

12、问问题题就就是是如如何何选选择择合合适适的的A/D转转换换器器以以满满足足系系统统设设计计的的要要求。求。选选择择A/D转转换换器器需需要要综综合合考考虑虑多多项项因因素素，如如系系统技术指标、成本、功耗、安装等。统技术指标、成本、功耗、安装等。15现在学习的是第15页，共105页1、分辨率、分辨率分分辨辨率率是是A/D转转换换器器能能够够分分辨辨最最小小信信号号的的能能力力，表表示示数数字字量量变变化化一一个个相相邻邻数数码码所所需需输输入入模拟电压的变化量。模拟电压的变化量。分分辨辨率率越越高高，转转换换时时对对输输入入模模拟拟信信号号变变化化的的反应就越灵敏。反应就越灵敏。16现在学习的

13、是第16页，共105页例例如如，8位位A/D转转换换器器能能够够分分辨辨出出满满刻刻度度的的1/256，若若满满刻刻度度输输入入电电压压为为5V，则则该该8位位A/D转转换换器器能能够够分分辨辨出出输输入入电电压压变变化化的的最最小小值值为为19.5mV。分分辨辨率率常常用用A/D转转换换器器输输出出的的二二进进制制位位数数表表示示。常常见见的的A/D转转换换器器有有8位位、10位位、12位位、14位位和和16位等。位等。17现在学习的是第17页，共105页一一般般把把8位位以以下下的的ADC器器件件归归为为低低分分辨辨率率ADC器件；器件；912位的位的ADC器件称为中分辨率器件称为中分辨率

14、ADC器件；器件；13位以上的位以上的ADC器件称为高分辨率器件称为高分辨率ADC器件。器件。如何选择如何选择 10位位以以下下的的ADC器器件件误误差差较较大大，11位位以以上上对对减减小小误误差差并并无无太太大大贡贡献献，但但对对ADC器器件件的的要要求求却却提提得得过过高高。因因此此，取取10位位或或11位位是是合合适适的的。由由于于模模拟拟信信号号先先经经过过测测量量装装置置，再再经经A/D转转换换器器转转换换后后才才进进行行处处理理，因因此此，总总的的误误差差是是由由测测量误差和量化误差共同构成的。量误差和量化误差共同构成的。18现在学习的是第18页，共105页A/D转换器的精度应与

15、测量装置的精度相匹配。转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。一一方方面面要要求求量量化化误误差差在在总总误误差差中中所所占占的的比比重重要要小，使它不显著地扩大测量误差；小，使它不显著地扩大测量误差；另另一一方方面面必必须须根根据据目目前前测测量量装装置置的的精精度度水水平平，对对A/D转换器的位数提出恰当的要求。转换器的位数提出恰当的要求。19现在学习的是第19页，共105页2、通道、通道有有的的单单芯芯片片内内部部含含有有多多个个ADC模模块块，可可同同时时实实现多路信号的转换；现多路信号的转换；常常见见的的多多路路ADC器器件件只只有有一一个个公公共共的的ADC模模块，由一个多路转换开关

16、实现分时转换。块，由一个多路转换开关实现分时转换。3、基准电压、基准电压基准电压有内、外基准和单、双基准之分。基准电压有内、外基准和单、双基准之分。20现在学习的是第20页，共105页4、转换速率、转换速率转转换换时时间间：A/D转转换换器器从从启启动动转转换换到到转转换换结结束束，输出稳定的数字量，需要的一定的转换时间。输出稳定的数字量，需要的一定的转换时间。转转换换速速率率：转转换换时时间间的的倒倒数数就就是是每每秒秒钟钟能能完完成成的转换次数。的转换次数。A/D转转换换器器的的型型号号不不同同，转转换换时时间间不不同同。逐逐次次逼逼近近式式单单片片A/D转转换换器器转转换换时时间间的的典

17、典型型值值为为1.0200s。21现在学习的是第21页，共105页应应根根据据输输入入信信号号的的最最高高频频率率来来确确定定ADC转转换换速速度度，保保证证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。确定确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。例例如如，如如果果用用转转换换时时间间为为100s的的A/D转转换换器器，则则其其转转换换速速率率为为10KHz。根根据据采采样样定定理理和和实实际际需需要要，一一个个周周期期的的波波形形需需采采10个个样样点点，那那么么这这样样的的A/D转转换换器器最最高高

18、也也只只有有处处理理频频率率为为1KHz的的模模拟拟信信号号。对对一一般般的的单单片片机机而而言言，在在如如此此高高的的采采样样频频率率下下，要要在在采采样样时时间间内内完完成成A/D转转换换以以外外的的工工作作，如如读读取数据、再启动、保存数据、循环计数等已经比较困难了。取数据、再启动、保存数据、循环计数等已经比较困难了。22现在学习的是第22页，共105页5、采样、采样/保持器保持器采采样样/保保持持也也称称为为跟跟踪踪/保保持持（Track/Hold缩缩写写T/H）。）。原原则则上上采采集集直直流流和和变变化化非非常常缓缓慢慢的的模模拟拟信信号号时时可不用采样保持器。可不用采样保持器。对

19、对于于其其他他模模拟拟信信号号一一般般都都要要加加采采样样保保持持器器。如如果果信信号号频频率率不不高高，A/D转转换换器器的的转转换换时时间间短短，即即使使用用高高速速A/D转转换换器器时时，也也可可不不用用采采样样/保保持持器。器。23现在学习的是第23页，共105页6、量程、量程量量程程即即所所能能转转换换的的电电压压范范围围，如如2.5V、5V和和10V。7、满刻度误差、满刻度误差满满度度输输出出时时对对应应的的输输入入信信号号与与理理想想输输入入信信号号值值之差称为满刻度误差。之差称为满刻度误差。8、线性度、线性度实实际际转转换换器器的的转转移移函函数数与与理理想想直直线线的的最最大

20、大偏偏移移称为线性度。称为线性度。24现在学习的是第24页，共105页9、数字接口方式、数字接口方式根根据据转转换换的的数数据据输输出出接接口口方方式式，A/D转转换换器器可可以分为并行接口和串行接口两种方式。以分为并行接口和串行接口两种方式。并并行行方方式式一一般般在在转转换换后后可可直直接接接接收收，但但芯芯片片的的引脚比较多；引脚比较多；串串行行方方式式所所用用芯芯片片引引脚脚少少，封封装装小小，但但需需要要软软件处理才能得到所需要的数据。件处理才能得到所需要的数据。在在单单片片机机I/O引引脚脚不不多多的的情情况况下下，使使用用串串行行器器件件可以节省可以节省I/O资源。资源。但但是是

21、并并行行器器件件具具有有明明显显的的转转换换速速度度优优势势。在在转转换速度要求较高的情况下应选用并行器件。换速度要求较高的情况下应选用并行器件。25现在学习的是第25页，共105页10、模拟信号类型、模拟信号类型通通常常ADC器器件件的的模模拟拟输输入入信信号号都都是是电电压压信信号号。同同时时根根据据信信号号是是否否过过零零，还还分分成成单单极极性性（Unipolar）信号和双极性（）信号和双极性（Bipolar）信号。）信号。11、电源电压、电源电压电电源源电电压压有有单单电电源源，双双电电源源和和不不同同电电压压范范围围之之分分，早早期期的的ADC器器件件要要有有+15V/-15V，如

22、如果果选选用用单单+5V电电源源的的芯芯片片则则可可以以使使用用单单片片机机系系统统电电源。源。26现在学习的是第26页，共105页12、功耗、功耗一一般般CMOS工工艺艺的的芯芯片片功功耗耗较较低低，对对于于电电池池供供电电的的手手持持系系统统对对功功耗耗要要求求比比较较高高的的场场合合一一定定要要注意功耗指标。注意功耗指标。13、封装、封装常常见见的的封封装装有有双双列列直直插插封封装装（Dual In-line Package,DIP）和和表表贴贴型型（Surface Mount Devices,SMD）封装。）封装。27现在学习的是第27页，共105页9.2模数转换器的应用模数转换器的

23、应用 本节首先分别介绍德州仪器公司生产的本节首先分别介绍德州仪器公司生产的A/D转换器转换器ADS7852的应用方法，然后介绍的应用方法，然后介绍STC15F2K60S2单片机片内集成的单片机片内集成的ADC模块的模块的使用。使用。28现在学习的是第28页，共105页一、一、12位并行位并行A/D转换器转换器ADS7852及其应用及其应用1、ADS7852简介简介ADS7852是是德德州州仪仪器器公公司司（Texas Instruments，TI）生产的一款高速逐次逼近式）生产的一款高速逐次逼近式A/D转换器。转换器。29现在学习的是第29页，共105页具有以下主要特点：具有以下主要特点：带有

24、采样保持器带有采样保持器具有具有8路模拟量输入、并行路模拟量输入、并行12位输出位输出内内部部带带有有2.5V的的参参考考电电压压源源，输输入入的的采采样样电电压压可以从可以从0V到到2倍的参考电压值倍的参考电压值500kHz的采样频率，转换时间最大只需的采样频率，转换时间最大只需1.75s单极性单极性5V工作电压工作电压低功耗：低功耗：13mW封装形式为封装形式为TQFP工作温度为工作温度为-40到到+8030现在学习的是第30页，共105页ADS7852的引脚图如图所示。的引脚图如图所示。图9-4 ADS7852的引脚图31现在学习的是第31页，共105页各引脚的功能介绍如下：各引脚的功能

25、介绍如下：AIN0AIN7：8路模拟量输入引脚。路模拟量输入引脚。DB0DB11：12位位数数字字量量输输出出，其其中中DB0为为最最低低位位，DB11为为最高位。最高位。A0A2：8路模拟输入的地址选择。路模拟输入的地址选择。Vss：电源电压，正常接：电源电压，正常接+5V。VREF：外外接接参参考考电电压压。若若不不用用外外接接参参考考电电压压，可可在在此此引引脚脚和电源地之间接和电源地之间接2.2F和和0.1F去耦电容各一个。去耦电容各一个。AGND和和DGND：分别为模拟地和数字地。：分别为模拟地和数字地。CLK：外外部部时时钟钟输输入入（200KHz8MHz），时时钟钟的的选选择择取

26、取决于采样速度决于采样速度fCLK=16*fSAMPLE。32现在学习的是第32页，共105页 ：忙忙指指示示输输出出，低低电电平平有有效效。转转换换期期间间保保持低电平，转换结束后变为高电平。持低电平，转换结束后变为高电平。：片片选选信信号号，输输入入，低低电电平平有有效效。/CS和和/WR变低时，开始一次新的转换。变低时，开始一次新的转换。：读读信信号号，输输入入，低低电电平平有有效效。/RD和和/CS一一起起有有效效时时用用来来读读取取转转换换后后的的数数据据。也也用用来来设设置使芯片工作于省电模式。置使芯片工作于省电模式。：写写信信号号，输输入入，低低电电平平有有效效。/WR与与/CS

27、同同时时有有效效时时开开始始一一次次新新的的转转换换，也也用用来来选选择择模模拟量输入通道。拟量输入通道。33现在学习的是第33页，共105页2、ADS7852的内部结构的内部结构ADS7852的内部结构如图所示。的内部结构如图所示。图9-5 ADS7852的内部结构图34现在学习的是第34页，共105页ADS7852是逐次逼近型是逐次逼近型A/D转换器转换器一个一个8通道模拟开关通道模拟开关通信双向存取控制器（通信双向存取控制器（CDAC）比较器（比较器（Comparator）逐次比较逻辑寄存器（逐次比较逻辑寄存器（SAR）内部基准电压源内部基准电压源参考电压缓冲器参考电压缓冲器输出锁存和三

28、态驱动器等。输出锁存和三态驱动器等。转换结果通过三态并行数据总线输出。转换结果通过三态并行数据总线输出。35现在学习的是第35页，共105页工作过程工作过程首首先先置置低低引引脚脚，然然后后通通过过设设置置A2、A1和和A0的的值值来来选选择择输输入入通通道道（000111分分别别对对应应07通通道道），置低置低/WR引脚开始启动引脚开始启动A/D转换。转换。在在A/D转转换换期期间间，/BUSY引引脚脚输输出出低低电电平平并并保保持持到到转转换换结结束束。转转换换完完成成后后，/BUSY引引脚脚输输出出变变为为高高电电平平，在在DB11DB0上上输输出出12位位有有效效数数据据，等等待待处处

29、理理器器读读取取，一一次次转转换换完完成成。/BUSY引引脚脚的上升沿可以锁存的上升沿可以锁存12位转换数据。位转换数据。需需要要注注意意的的是是，在在A/D转转换换之之后后，当当/RD和和/CS变变为为高高电电平平时时，A1和和A0脚脚应应保保持持低低电电平平，否否则则ADS7852将进入掉电模式。将进入掉电模式。36现在学习的是第36页，共105页3、通道选择、通道选择ADS7852有有8路路输输入入，通通过过设设置置A0、A1、A2来来选择哪一路输入，具体的选择控制字如表所示。选择哪一路输入，具体的选择控制字如表所示。A2A1A0通道号通道号000通道通道0001通道通道1010通道通道

30、2011通道通道3100通道通道4101通道通道5110通道通道6111通道通道7表9-1 ADS7852的通道选择控制字37现在学习的是第37页，共105页4、ADS78752的接口应用的接口应用【例例9-1】ADS78752与与STC12C5A60S2单单片片机机的的接口电路如图所示。接口电路如图所示。图9-6 ADS78752的接口连接38现在学习的是第38页，共105页硬件电路说明硬件电路说明由由于于ADS7852是是12位位输输出出，而而STC12C5A60S2单单片片 机机 的的 数数 据据 线线 只只 有有 8位位，所所 以以 使使 用用STC12C5A60S2的的P0口口与与A

31、DS7852的的低低8位位数数据据（DB0DB7）相连。）相连。ADS7852的的高高4位位（DB8DB11）通通过过锁锁存存器器74LS573与与STC12C5A60S2的的Pl口口低低4位位（P1.0P1.3）相连。）相连。39现在学习的是第39页，共105页当当A/D转转换换结结束束STC12C5A60S2读读取取转转换换结结果果时时，数数 据据 的的 低低 8位位（DB0DB7）被被 直直 接接 读读 入入STC12C5A60S2内内部部，而而在在/RD信信号号的的上上升升沿沿，数数据据 的的 高高 4位位（DB8DB11）被被74HC573锁锁 存存 在在STC12C5A60S2的的

32、Pl口口低低4位位（P1.0P1.3），等等待被读取。待被读取。STC15F2K60S2单单片片机机的的时时钟钟输输出出CLKOUT0作作为为ADS7852的时钟，频率设置为的时钟，频率设置为250KHz。40现在学习的是第40页，共105页ADS7852的的/BUSY信信号号与与STC15F2K60S2的的P3.2连连接接。在在A/D转转换换结结束束后后，通通知知STC15F2K60S2及时读取数据。及时读取数据。在在电电路路设设计计中中，一一般般在在Vss和和地地之之间间接接一一个个0.1uF的的瓷瓷片片电电容容和和10uF的的钽钽电电容容，起起滤滤波波和和解解耦耦的的作用。作用。41现在

33、学习的是第41页，共105页示例程序代码如下：示例程序代码如下：#include stc15.h /包含包含STC15F2K60S2单片机寄存器定义文件单片机寄存器定义文件/P2.7 为片选信号为片选信号;P3.5/T0CLK0为提供为提供AD转换时钟转换时钟sbit busy=P32;/P3.2 为为AD转换状态检测位转换状态检测位sbit A0=P15;/P1.5,P1.6,P1.7为通道选择位为通道选择位sbit A1=P16;sbit A2=P17;void main(void)int ADdata;char highdata,lowdata;char xdata*ADS7852;AD

34、S7852=0 x7fff;/AD7852的地址的地址TMOD=0 x02;/T0工作在方式工作在方式2,8位自动重装位自动重装TH0=254;/12/12/2/2=0.25MHZINT_CLKO=INT_CLKO|0 x1;/T0输出时钟输出时钟TR0=1;/启动启动T0A0=0;A1=0;A2=0;/选择通道选择通道0*ADS7852=0 x00;/写操作，开始写操作，开始AD转换转换42现在学习的是第42页，共105页while(1)if(busy=1)/判断是否转换完毕判断是否转换完毕lowdata=*ADS7852;ADdata=P1;ADdata=(ADdata8)+lowdata

35、;/数据处理数据处理 *ADS7852=0 x00;/开始下一次开始下一次AD转换转换43现在学习的是第43页，共105页二二、STC15F2K60S2集集成成的的A/D模模块块的的结结构构及及其其使用使用STC15F2K60S2单单片片机机集集成成有有8路路10位位高高速速电电压压输输入入型型模模数数转转换换器器（ADC），速速度度可可达达到到300KHz（30万万次次/秒秒），可可做做温温度度检检测测、压压力力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。44现在学习的是第44页，共105页1、模数转换器的结构及相关寄存器模数转换器的结构及相关寄存器S

36、TC15F2K60S2单单片片机机片片内内集集成成8通通道道10位位模模数转换器（数转换器（ADC）。）。ADC输输入入通通道道与与P1口口复复用用，上上电电复复位位后后P1口口为为弱弱上上拉拉型型I/O口口，用用户户可可以以通通过过软软件件设设置置将将8路路中中的的任任何何一一路路设设置置为为ADC功功能能，不不作作为为ADC使用的口可继续作为使用的口可继续作为I/O口使用。口使用。45现在学习的是第45页，共105页（1）模数转换器的结构）模数转换器的结构STC15F2K60S2单片机单片机ADC的结构如图所示。的结构如图所示。图图9-7 STC15F2K60S2单片机单片机ADC结构图结

37、构图 46现在学习的是第46页，共105页STC15F2K60S2的的ADC组成组成多路选择开关多路选择开关比较器比较器逐次比较寄存器逐次比较寄存器10位位DAC转换结果寄存器（转换结果寄存器（ADC_RES和和ADC_RESL）ADC控制寄存器控制寄存器ADC_CONTR47现在学习的是第47页，共105页STC15F2K60S2的的ADC转换原理转换原理STC15F2K60S2的的ADC是是逐逐次次比比较较型型模模数数转转换换器。器。逐逐次次比比较较型型ADC由由一一个个比比较较器器和和D/A转转换换器器构构成成，通通过过逐逐次次比比较较逻逻辑辑，从从最最高高位位（MSB）开开始始，顺顺序

38、序地地对对每每一一输输入入电电压压与与内内置置D/A转转换换器器输输出出进进行行比比较较，经经多多次次比比较较，使使转转换换所所得得的的数数字量逐次逼近输入模拟量对应值。字量逐次逼近输入模拟量对应值。48现在学习的是第48页，共105页（2）参考电压源）参考电压源STC15F2K60S2单单片片机机ADC模模块块的的参参考考电电压压源源是是输输入入工工作作电电压压Vcc，一一般般不不用用外外接接参参考考电电压压源。源。如如果果Vcc不不稳稳定定（例例如如电电池池供供电电的的系系统统中中，电电池池电电压压常常常常在在5.3V-4.2V之之间间漂漂移移），则则可可以以在在8路路A/D转转换换的的一

39、一个个通通道道外外接接一一个个稳稳定定的的参参考考电电压压源源，计计算算出出此此时时的的工工作作电电压压Vcc，再再计计算算出其他几路出其他几路A/D转换通道的电压。转换通道的电压。49现在学习的是第49页，共105页（3）与）与ADC有关的特殊功能寄存器有关的特殊功能寄存器1）P1口模拟功能控制寄存器口模拟功能控制寄存器P1ASFP1ASF（地地址址为为9DH，复复位位值值为为00H）各各位位的的定义如下：定义如下：位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称P17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF50现在学习的是第50页，共1

40、05页如如果果要要使使用用相相应应口口的的模模拟拟功功能能，需需将将P1ASF特特殊功能寄存器中的相应位置为殊功能寄存器中的相应位置为1。如如，若若要要使使用用P1.6的的模模拟拟量量功功能能，则则需需要要将将P16ASF设置为设置为1。注注意意，P1ASF寄寄存存器器不不能能位位寻寻址址，可可以以使使用用汇汇编编语语言言指指令令ORL P1ASF,#40H，也也可可以以使使用用C语言语句语言语句P1ASF|=0 x40;位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名称位名称P17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF51现在学习的是第51页，

41、共105页2）ADC控制寄存器控制寄存器ADC_CONTRADC_CONTR（地地址址为为BCH，复复位位值值为为00H）各位的定义如下：各位的定义如下：位号位号D7D6D5D4D3D2D1D0位名位名称称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0ADC_POWER：ADC电源控制位。电源控制位。0：关闭：关闭ADC电源。电源。1：打开：打开ADC电源。电源。52现在学习的是第52页，共105页说明说明建建议议进进入入空空闲闲模模式式前前，将将ADC电电源源关关闭闭，即即ADC_POWER=0。启启动动A/D转转换换前前一一定定要要确确

42、认认ADC电电源源已已打打开开，A/D转转换换结结束束后后关关闭闭ADC电电源源可可降降低低功功耗耗，也也可不关闭。可不关闭。初初次次打打开开内内部部ADC转转换换模模拟拟电电源源，需需适适当当延延时时，等内部模拟电源稳定后，再启动等内部模拟电源稳定后，再启动A/D转换。转换。建建议议启启动动A/D转转换换后后，在在A/D转转换换结结束束之之前前，不不改改变变任任何何I/O口口的的状状态态，有有利利于于提提高高A/D转转换换的的精度。精度。53现在学习的是第53页，共105页SPEED1、SPEED0：ADC转换速度控制位。转换速度控制位。SPEED1SPEED0A/D转换转换所需所需时间时间

43、1190个个时钟时钟周期周期转换转换一次一次，CPU工作工作频频率率21MHz时时，A/D转换转换速度速度约约300KHz，9位精度位精度10180个个时钟时钟周期周期转换转换一次，可达到一次，可达到10位精度位精度01360个个时钟时钟周期周期转换转换一次，可达到一次，可达到10位精度位精度00540个个时钟时钟周期周期转换转换一次，可达到一次，可达到10位精度位精度位位号号D7D6D5D4D3D2D1D0位位名名称称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0表表9-2 ADC转换速度控制转换速度控制54现在学习的是第54页，共105

44、页STC15F2K60S2单片机单片机A/D转换模块的时钟转换模块的时钟外外部部晶晶体体时时钟钟或或内内部部R/C振振荡荡器器所所产产生生的的系系统统时时钟钟，不不使使用用时时钟钟分分频频寄寄存存器器CLK_DIV对对系系统统时时钟钟分分频频后后所所产产生生的的供供给给CPU工工作作所所使使用用的的时时钟。钟。优优点点：不不仅仅可可以以让让ADC用用较较高高的的频频率率工工作作，提提高高A/D的的转转换换速速度度；而而且且可可以以让让CPU用用较较低低的的频率工作，降低系统的功耗。频率工作，降低系统的功耗。55现在学习的是第55页，共105页需要注意需要注意设设置置ADC_CONTR控控制制寄

45、寄存存器器的的语语句句执执行行后后，要要经经过过4个个CPU时时钟钟的的延延时时，其其值值才才能能够够保保证证被被设置进设置进ADC_CONTR控制寄存器。控制寄存器。典型代码如下：典型代码如下：MOV ADC_CONTR,#DATA NOP NOP NOP NOP MOV A,ADC_CONTR ;经经过过4个个时时钟钟延延时时,才才能能正正确确读读到到ADC_CONTR控控制制寄寄存存器器的值的值56现在学习的是第56页，共105页ADC_FLAG：A/D转换结束标志位。转换结束标志位。A/D转转换换完完成成后后，ADC_FLAG=1，要要由由软软件件清清零零。不不管管A/D转转换换完完成

46、成后后由由该该位位申申请请产产生生中中断断，还还是是由由软软件件查查询询该该标标志志位位判判断断A/D转转换换是是否否结结束束，当当A/D转转换换完完成成后后，ADC_FLAG=1，一定要软件清一定要软件清0。位位号号D7D6D5D4D3D2D1D0位位名名称称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS057现在学习的是第57页，共105页CHS2、CHS1、CHS0：模模拟拟输输入入通通道道选选择择，如表所示。如表所示。用用MOV 语句对语句对ADC_CONTR寄存器进行赋值。寄存器进行赋值。位位号号D7D6D5D4D3D2D1D0位位

47、名名称称ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0CHS2CHS1CHS0模模拟输拟输入通道入通道选择选择000选择选择P1.0作作为为A/D输输入来用入来用001选择选择P1.1作作为为A/D输输入来用入来用010选择选择P1.2作作为为A/D输输入来用入来用011选择选择P1.3作作为为A/D输输入来用入来用100选择选择P1.4作作为为A/D输输入来用入来用101选择选择P1.5作作为为A/D输输入来用入来用110选择选择P1.6作作为为A/D输输入来用入来用111选择选择P1.7作作为为A/D输输入来用入来用表9-3 模拟输入通

48、道选择58现在学习的是第58页，共105页3）A/D转转换换结结果果存存储储格格式式控控制制及及A/D转转换换结结果果寄寄存器存器ADC_RES、ADC_RESL特特殊殊功功能能寄寄存存器器ADC_RES（地地址址为为BDH，复复位位值值为为00H）和和ADC_RESL（地地址址为为BEH，复复位值为位值为00H）用于保存用于保存A/D转换结果转换结果。特特殊殊功功能能寄寄存存器器CLK_DIV中中的的ADRJ位位用用于于设设置置A/D转换结果的存储格式。转换结果的存储格式。ADRJ=0时，ADC_RES7:0存放高8位ADC结果，ADC_RESL1:0存放低2位ADC结果；ADRJ=1时，A

49、DC_RES1:0存放高2位ADC结果，ADC_RESL7:0存放低8位ADC结果。59现在学习的是第59页，共105页如如果果STC15F2K60S2单单片片机机的的10位位A/D转转换换结结果果的的高高8位位存存放放在在ADC_RES中中，低低2位位存存放放在在ADC_RESL的的低低2位位中中，模模/数数转转换换结结果果计计算算公公式如下：式如下：取取10位结果位结果(ADC_RES7:0,ADC_RESL1:0)=1024Vin/Vcc取取8位结果位结果 ADC_RES7:0=256Vin/Vcc Vin为为模模拟拟输输入入通通道道输输入入电电压压，Vcc为为单单片片机机实实际际工作电

50、压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。60现在学习的是第60页，共105页4）与）与A/D转换中断有关的寄存器转换中断有关的寄存器中中断断允允许许控控制制寄寄存存器器IE中中的的EADC位位（D5位位）用于开放用于开放ADC中断中断EA位（位（D7位）用于开放位）用于开放CPU中断中断中中断断优优先先级级寄寄存存器器IP中中的的PADC位位（D5位位）用用于设置于设置A/D中断的优先级中断的优先级 在中断服务程序中，要使用软件将在中断服务程序中，要使用软件将A/D中断中断标志位标志位ADC_FLAG（也是（也是A/D转换结束标志转换结束标志位）清位）