AD与DA转换实验18339.doc

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_CONTRADC控制寄存器(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种组合分别对应选择ADC0ADC7通道。ADC_RES和ADC_RESLA/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)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CCONPCA控制寄存器(字节地址为D8H) 其中，CR为PCA运行控制位，设为0时，关闭PCA，设为1时，启动PCA。CMODPCA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。 CCAPM1PCA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/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includereg51.hincludeINTRINS.htypedef unsigned char uint8;sfr P1ASF0 x9D;sfr ADC_CONTR0 xBC;sfr ADC_RES0 xBD;uint8 ADCuint8 ch;void UartInit;void UartSendByteuint8 x;void Delayint ms;void mainuint8 N;UartInit;while1NADC1 ;P0N;UartSendByteN;Delay200;uint8 ADCuint8 ch P1ASF1ch;ADC_CONTR0 x88ch;_nop_;whileADC_CONTR0 x100;ADC_CONTR0 x10;return ADC_RES;void UartInitTMOD0 x20;TH1TL10 xFD;TR11;SCON0 x50;void UartSendByteuint8 xSBUFx;whileTI;TI0;void Delayint msint i;whilemsfori700;i;i;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includereg51.hincludeINTRINS.htypedef unsigned char uint8;sfr P1ASF0 x9D;sfr ADC_CONTR0 xBC;sfr ADC_RES0 xBD;uint8 ADCuint8 ch;void UartInit;void UartSendByteuint8 x;void Delayint ms;void main uint8 N; UartInit; while1 NADC1 ; P0N; P01N/32; Delay200 ; N1000; whileN; P110 x01; uint8 ADCuint8 ch P1ASF1ch; ADC_CONTR0 x88ch; _nop_; whileADC_CONTR0 x100; ADC_CONTR0 x10; return ADC_RES;void UartInit TMOD0 x20;TH1TL10 xFD;TR11;SCON0 x50;void UartSendByteuint8 x SBUFx;whileTI;TI0;void Delayint ms int i;whilems fori700;i;i; (2) D/A(Mcu1内部PCA输出PWM外部RCLPF) 1、 设计程序，利用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 reg51.htypedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD0 xD9;sfr CCAPM10 xDB;sbit CR0 xDE;sfr CCAP1H0 xFB;sbit boP11;void Delayuint16 ms;void PwmInitCMOD0 x08;CCAPM10 x42;CR1;void PwmOutuint8 DutyCCAP1H255-Duty;void main int i,j;PwmInit;/*while1 PwmOut30;Delay800;PwmOut120;Delay800;*/while1 fori1;i254;i PwmOuti; j100; whilej; void Delayuint16 msint i,j;fori0;ims;iforj0;j100;j;仿真波形如右图所示 2、 设计程序，利用STC12C5A60S2单片机内部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 reg51.htypedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sfr CMOD0 xD9;sfr CCAPM10 xDB;sbit CR0 xDE;sfr CCAP1H0 xFB;sbit boP11;uint8 code SinTable127,152,176,199,218,234,245,252, 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 Delayuint16 ms;void PwmInitCMOD0 x08;CCAPM10 x42;CR1;void PwmOutuint8 DutyCCAP1H255-Duty;void main int i,j;PwmInit;/*while1 PwmOut30;Delay800;PwmOut120;Delay800;*/while1 fori0;i32;i PwmOuti; PwmOutSinTablei; j100; whilej; void Delayuint16 msint i,j;fori0;ims;iforj0;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。9