第9章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

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第9章

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器

9.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

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STC12C5A60S2單片機(jī)集成有8路10位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),速度可達(dá)到250KHz(25萬(wàn)次/秒，可做溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。

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9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器STC12C5A60S2單片機(jī)片內(nèi)集成8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADC輸入通道與P1口復(fù)用，上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D運(yùn)用的口可繼續(xù)作為I/O口運(yùn)用。

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9.1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)ADC掌握寄存器ADC_CONTRADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0

模擬輸入信號(hào)通道選擇開關(guān)CHS2/CHS1/CHS0A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES和ADC_RESLADC7/P1.7ADC6/P1.6ADC5/P1.5ADC4/P1.4ADC3/P1.3ADC2/P1.2ADC1/P1.1比較器ADC0/P1.0逐次比較寄存器

10-bitDAC

STC12C5A60S2單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器由多路選擇開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位ADC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC掌握寄存器ADC_CONTR構(gòu)成。

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9.1.2參考電壓源STC12C5A60S2單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓源是輸入工作電壓Vcc,所以一般不用外接參考電壓源。如三端穩(wěn)壓電路7805的輸出電壓是5V,但實(shí)際電壓可能是4.88V到4.96V,假如用戶需要的精度比較高，可在應(yīng)用產(chǎn)品出廠前將實(shí)際測(cè)出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM里面，以供程序校正運(yùn)用。假如Vcc不穩(wěn)定(例如電池供電的系統(tǒng)中，電池電壓經(jīng)常在5.3V-4.2V之間漂移),那么需要在8路A/D轉(zhuǎn)換的一個(gè)通道外接一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓源，來(lái)計(jì)算出此時(shí)的工作電壓Vcc,再計(jì)算出其他幾路A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓。例如，可在ADC轉(zhuǎn)換通道的第七通道外接一個(gè)1.25V的基準(zhǔn)參考電壓源，由此求出此時(shí)的工作電壓Vcc,再計(jì)算出其它幾路A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓。

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9.1.3與ADC有關(guān)的非常功能寄存器1.P1口模擬功能掌握寄存器P1ASF(地址為9DH,復(fù)位值為00H)位號(hào)位名稱D7P17ASFD6P16ASFD5P15ASFD4P14ASFD3P13ASFD2P12ASFD1P11ASFD0P10ASF

假如要運(yùn)用相應(yīng)口的模擬功能，需將P1ASF非常功能寄存器中的相應(yīng)位置為‘1’。如，假設(shè)要使用P1.6的模擬量功能，那么需要將P16ASF設(shè)置為1。(留意，P1ASF寄存器不能位尋址，可以使用匯編語(yǔ)言指令ORLP1ASF,#40H,也可以運(yùn)用C語(yǔ)言語(yǔ)句P1ASF|=0*40;)

2.ADC掌握寄存器ADC_CONTR(地址為BCH,復(fù)位值為00H)位號(hào)D7D6SPEED1D5SPEED0D4ADC_FLAGD3ADC_STARTD2CHS2D1CHS1D0CHS0

位名稱ADC_PO

WER

1)ADC_POWER:ADC電源掌握位。0:關(guān)閉ADC電源。1:打開ADC電源。2)SPEED1、SPEED0:ADC轉(zhuǎn)換速度掌握位。各種設(shè)置如表9-1所示。3)ADC_FLAG:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)識(shí)位。A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1,要由軟件清0。不管A/D轉(zhuǎn)換完成后由該位申請(qǐng)產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢?cè)摌?biāo)識(shí)位判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1,肯定要軟件清0。4)ADC_START:A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)掌握位，ADC_START=1,開始轉(zhuǎn)換；ADC_START=0,停止轉(zhuǎn)換。5)CHS2、CHS1、CHS0:模擬輸入通道選擇，如表9-2所示。

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3.A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL非常功能寄存器ADC_RES(地址為BDH,復(fù)位值為00H)和ADC_RESL(地址為BEH,復(fù)位值為00H)用于保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)格式由幫助寄存器AU*R1(地址為A2H,復(fù)位值為00H)中的ADRJ掌握，ADRJ是AU*R1中的D2位。(1)當(dāng)ADRJ=0時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在ADC_RESL寄存器。存儲(chǔ)格式如下：D7ADC_RESADC_RESLAU*R1ADRJ=0ADC_RES9D6ADC_RES8D5ADC_RES7D4ADC_RES6D3ADC_RES5D2ADC_RES4D1ADC_RES3ADC_RES1D0ADC_RES2ADC_RES0

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3.A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL(2)當(dāng)ADRJ=1時(shí)，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位，低8位放在ADC_RESL寄存器。存儲(chǔ)格式如下：D7ADC_RESADC_RESLAU*R1ADC_RES7ADC_RES6ADC_RES5ADC_RES4ADC_RES3ADC_RES2ADRJ=1D6D5D4D3D2D1ADC_RES9ADC_RES1D0ADC_RES8ADC_RES0

模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果計(jì)算公式如下：ADRJ=0時(shí)，取10位結(jié)果(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024Vin/VccADRJ=0時(shí)，取8位結(jié)果ADC_RES[7:0]=256Vin/VccADRJ=1時(shí)，取10位結(jié)果(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024Vin/VccVin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機(jī)實(shí)際工作電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。

4.與A/D轉(zhuǎn)換中斷有關(guān)的寄存器中斷允許掌握寄存器IE中的EADC位(D5位)用于開放ADC中斷，EA位(D7位)用于開放CPU中斷；中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的PADC位(D5位)和IPH中的PADCH位(D5位)用于設(shè)置A/D中斷的優(yōu)先級(jí)。在中斷服務(wù)程序中，要運(yùn)用軟件將A/D中斷標(biāo)識(shí)位ADC_FLAG(也是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)識(shí)位)清0。

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模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

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STC12C5A60S2單片機(jī)ADC模塊的運(yùn)用編程要點(diǎn)如下：1)打開ADC電源，第一次運(yùn)用時(shí)要打開內(nèi)部模擬電源(設(shè)置ADC_CONTR)。2)適當(dāng)延時(shí)，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定。一般延時(shí)1ms以內(nèi)即可。3)設(shè)置P1口中的相應(yīng)口線作為A/D轉(zhuǎn)換通道(設(shè)置P1ASF寄存器)。4)選擇ADC通道(設(shè)置ADC_CONTR中的CHS2~CHS0)。5)依據(jù)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)格式(設(shè)置AU*R1中的ADRJ位)。6)查詢A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)識(shí)ADC_FLAG,判斷A/D轉(zhuǎn)

換是否完成，假設(shè)完成，那么讀出結(jié)果(結(jié)果保存在ADC_RES和ADC_RESL寄存器中),并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。假如是多通道模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么更換A/D轉(zhuǎn)換通道后要適當(dāng)延時(shí)，使輸入電壓穩(wěn)定，延時(shí)量取20μs~200μs即可，與輸入電壓源的內(nèi)阻有關(guān)，假如輸入電壓信號(hào)源的內(nèi)阻在10K以下，可不加延時(shí)；假如是單通道模擬量轉(zhuǎn)換，那么不需要更換A/D轉(zhuǎn)換通道，也就不需要加延時(shí)。

8)假設(shè)采納中斷方式，還需進(jìn)行中斷設(shè)置(EADC置1,EA置1)。9)在中斷服務(wù)程序中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將ADC中斷懇求標(biāo)識(shí)ADC_FLAG清零。

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【例9-1】編程實(shí)現(xiàn)利用STC12C5A60S2單片機(jī)ADC通道2采集外部模擬電壓信號(hào)，8位精度，采納查詢方式循環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存于30H單元中。假設(shè)時(shí)鐘頻率為18.432MHz。解：取8位精度時(shí)，可設(shè)置ADRJ=0,徑直運(yùn)用轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES的值。由于復(fù)位后，ADRJ=0,因此，根據(jù)ADC的編程要點(diǎn)進(jìn)行初始化后，徑直判斷ADC_FLAG標(biāo)識(shí)是否為1,假設(shè)為1,那么讀出ADC_RES寄存器的值，并存入30H即可；假設(shè)為0,那么繼續(xù)等待。匯編語(yǔ)言程序代碼如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件ADC_DATEQU30H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果ORG0000HLJMPMAINORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;設(shè)置堆棧ORLADC_CONTR,#80H;開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次運(yùn)用時(shí)要打開內(nèi)部模擬電源MOVA,#20HLCALLDELAY;開A/D轉(zhuǎn)換電源后要加適當(dāng)延時(shí)，1ms以內(nèi)即可MOVP1ASF,#04H;設(shè)置P1.2的模擬量功能MOVADC_CONTR,#11100010B;選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道MOVA,#05HLCALLDELAY;假如切換A/D轉(zhuǎn)換通道,那么需要加延時(shí)

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WAIT_AD:11/16ORLADC_CONTR,#00001000B;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換MOVA,#00010000B;判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成ANLA,ADC_CONTRJZWAIT_AD;A/D轉(zhuǎn)換尚未完成,繼續(xù)等待ANLADC_CONTR,#11100111B;將ADC_FLAG清零MOVA,ADC_RES;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVADC_DAT,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果LJMPWAIT_AD;等待下一次轉(zhuǎn)換完成DELAY:;延時(shí)子程序PUSH02;將寄存器組0的R2入棧PUSH03;將寄存器組0的R3入棧PUSH04;將寄存器組0的R4入棧MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循環(huán)延時(shí)202206個(gè)時(shí)鐘周期MOVR3,#200;2個(gè)時(shí)鐘周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循環(huán)延時(shí)1002個(gè)時(shí)鐘周期MOVR2,#249;2個(gè)時(shí)鐘周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4個(gè)時(shí)鐘周期DJNZR3,DELAY_LOOP1;4個(gè)時(shí)鐘周期DJNZR4,DELAY_LOOP0;4個(gè)時(shí)鐘周期POP04POP03POP02RETEND

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C語(yǔ)言程序代碼如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件unsignedchardataadc_dat_at_0*30;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量voidmain(void){unsignedlongi;unsignedcharstatus;ADC_CONTR|=0*80;//開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次運(yùn)用時(shí)要打開內(nèi)部模擬電源for(i=0;i1000

0;i++);//適當(dāng)延時(shí)P1ASF=0*04;//選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道ADC_CONTR=0*E2;for(i=0;i10000;i++);//適當(dāng)延時(shí)while(1)//循環(huán)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換{ADC_CONTR|=0*08;//重新啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換status=0;while(status==0)//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束{status=ADC_CONTR0*10;}ADC_CONTR=0*E7;//將ADC_FLAG清零adc_dat=ADC_RES;//保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果}}

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13/16【例9-2】編程實(shí)現(xiàn)利用STC12C5A60S2單片機(jī)ADC通道2采集外部模擬電壓信號(hào)，10位精度，采納中斷方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存于30H和31H單元中。假設(shè)時(shí)鐘頻率為18.432MHz。解：根據(jù)編程要點(diǎn)進(jìn)行初始化時(shí)，可設(shè)置ADRJ=1。在中斷服務(wù)程序中讀出ADC_RES寄存器的值，屏蔽高6位后存入31H單元，讀出ADC_RESL寄存器的值，存入30H單元。匯編語(yǔ)言程序代碼如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件ADC_HIEQU31H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位ADC_LOWEQU30H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位ORG0000HLJMPMAINORG002BHLJMPADC_ISR;ADC中斷服務(wù)程序入口ORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;設(shè)置堆棧ORLADC_CONTR,#80H;開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次運(yùn)用時(shí)要打開內(nèi)部模擬電源MOVA,#20HLCALLDELAY;開A/D轉(zhuǎn)換電源后要加適當(dāng)延時(shí)，1ms以內(nèi)即可MOVP1ASF,#04H;設(shè)置P1.2的模擬量功能MOVADC_CONTR,#11100010B;選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道MOVA,#05HLCALLDELAY;假如切換A/D轉(zhuǎn)換通道,那么需要加延時(shí)ORLAU*R1,#04H;設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)格式(ADRJ=1)ORLADC_CONTR,#00001000B;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換SETBEADC;EADC=1,開放ADC的中斷掌握位

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SETBEA;開放CPU總中斷SJMP$;循環(huán)等待中斷ADC_ISR:;ADC中斷服務(wù)程序入口ANLADC_CONTR,#11100111B;將ADC_FLAG清零MOVA,ADC_RES;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位ANLA,#03H;屏蔽高6位MOVADC_HI,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位MOVA,ADC_RESL;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位MOVADC_LOW,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位ORLADC_CONTR,#00001000B;重新啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換RETIDELAY:;延時(shí)子程序PUSH02;將寄存器組0的R2入棧PUSH03;將寄存器組0的R3入棧PUSH04;將寄存器組0的R4入棧MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循環(huán)延時(shí)202206個(gè)時(shí)鐘周期MOVR3,#200;2個(gè)時(shí)鐘周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循環(huán)延時(shí)1002個(gè)時(shí)鐘周期MOVR2,#249;2個(gè)時(shí)鐘周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4個(gè)時(shí)鐘周期DJNZR3,DELAY_LOOP1;4個(gè)時(shí)鐘周期DJNZR4,DELAY_LOOP0;4個(gè)時(shí)鐘周期POP04POP03POP02RETEND

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C語(yǔ)言程序代碼如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件unsignedchardataadc_hi_at_0*31;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量高2位unsignedchardataadc_low_at_0*30;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量低8位voidmain(void){unsignedlon