电子科技大学中山学院微处理器实验报告

1、 微处理器实验报告班级13电科A姓名张益航学号70实验名称A/D与D/A转换实验实验时间2015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

2、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）P1ASFP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASFP1ASF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控制寄存器（字节地址为BCH）ADC_C

3、ONTRADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0ADC_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；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

4、选择，其8种组合分别对应选择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）ADC_RESD9D8D7D6D5D4D3D2ADC_RESLD1D0注：ADC_RES和ADC_RESL默认分别存放转换结果的高8位和低2位，若将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（具体可参阅器件手册）。STC12C5A60S2中A/D转换器的控制流程与传统ADC0809芯片类似：1

5、）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/

6、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。STC12

7、C5A60S2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）CCONCFCR-CCF1CCF0其中，CR为PCA运行控制位，设为0时，关闭PCA，设为1时，启动PCA。CMOD：PCA工作模式寄存器（

8、字节地址为D9H）CMODCIDL-CPS2CPS1CPS0ECF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）CCAPM1-ECOM1CAPP1CAPN1MAT1TOG1PWM1ECCF1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PW

9、M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1、设计程序，将W101电位器产生的模拟电压转换为数字量，通过发光管L101L108显示二进制结果或结果所在的区间。ADC_CONTR EQU 0BCH

10、;ADC控制寄存器 ADC_RES EQU 0BDH ;ADC高8位结果 ADC_RESL EQU 0BEH ;ADC低2位结果 P1ASF EQU 09DH ;P1口ADC功能控制寄存器 LED EQU P0;=主程序=MAIN: MOV R7,#01H ;对1#通道进行A/D转换 LCALL AD ;CPL A ;MOV LED,A ;通过LED显示二进制结果(高8位) ;SJMP MAIN MOV B,#32 ;通过LED显示结果所在的区间 DIV AB MOV R2,A MOV A,#01HNEXT: RL A DJNZ R2,NEXT CPL A MOV LED,A SJMP MAI

11、N;=A/D转换子程序=;入口参数:R7 通道号;出口参数:AB 转换结果(A为高8位,B为低2位);-AD: MOV B,R7 MOV A,#01HAD2: RL A DJNZ R7,AD2 MOV P1ASF,A ;将P1.x用作ADCx引脚 MOV A,#88H ADD A,B MOV ADC_CONTR,A ;开启A/D电源,选择速度及通道,启动转换 NOP ;加几个空操作，确保设置生效 NOP NOP NOPAD3: MOV A,ADC_CONTR JNB ACC.4,AD3 ;等待A/D转换结束 ANL ADC_CONTR,#NOT(10H) ;清除转换结束标志 MOV A,ADC

12、_RES ;返回A/D转换结果 MOV B,ADC_RESL ; RET;=程序结束= END 2、设计程序，将W101电位器产生的模拟电压转换为数字量，用于控制蜂鸣器的发声频率。参考程序如下（请将下划线部分补充完整）： ADC_CONTR EQU 0BCH ;ADC控制寄存器 ADC_RES EQU 0BDH ;ADC高8位结果 ADC_RESL EQU 0BEH ;ADC低2位结果 P1ASF EQU 09DH ;P1口ADC功能控制寄存器 BUZZ EQU P1.0;=主程序=MAIN: MOV R7,#01H ;对1#通道进行A/D转换 LCALL ADNEXT: MOV R2,#50

13、 ;用A/D转换结果控制延时 DJNZ R2,$ DJNZ ACC,NEXT CPL BUZZ ;产生方波输出,驱动蜂鸣器发声 SJMP MAIN;=A/D转换子程序=;入口参数:R7 通道号;出口参数:AB 转换结果(A为高8位,B为低2位);-AD: MOV B,R7 MOV A,#01HAD2: RL A DJNZ R7,AD2 MOV P1ASF,A ;将P1.x用作ADCx引脚 MOV A,#88H ADD A,B MOV ADC_CONTR,A ;开启A/D电源,选择速度及通道,启动转换 NOP ;加几个空操作，确保设置生效 NOP NOP NOPAD3: MOV A,ADC_CO

14、NTR JNB ACC.4,AD3 ;等待A/D转换结束 ANL ADC_CONTR,#NOT(10H) ;清除转换结束标志 MOV A,ADC_RES ;返回A/D转换结果 MOV B,ADC_RESL ; RET;=程序结束= END3、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，要求频率和振幅可变。参考程序如下（请将下划线部分补充完整）：CCON EQU 0xD8 ;PCA控制寄存器 CR EQU CCON.6 ;PCA计数器计数允许 CMOD EQU 0xD9 ;PCA工作模式寄存器 CCAPM1 EQU 0xDB ;PCA模块1的

15、模式寄存器 CCAP1L EQU 0xEB ;PCA模块1的捕捉/比较寄存器低8位 CCAP1H EQU 0xFB ;PCA模块1的捕捉/比较寄存器高8位;=主程序=MAIN: LCALL PWMINIT ;PWM模块初始化 MOV DPTR,#SINTBL ;DPTR指向正弦表首单元;以下输出频率较低、振幅最大的正弦波WAVE1A: MOV R2,#80 ;连续输出80个周期WAVE1B: MOV R3,#0WAVE1C: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR ;查表求正弦波当前值并控制PWM输出 MOV R7,A LCALL PWMOUT MOV R4,#60 ;点间延时(正弦波输

16、出频率较低)DELAY1: MOV R5,#100 DJNZ R5,$ DJNZ R4,DELAY1 INC R3 CJNE R3,#32,WAVE1C ;每个正弦波周期包括32个点 DJNZ R2,WAVE3B;以下输出频率较高、振幅最大的正弦波WAVE2A: MOV R2,#240 ;连续输出240个周期WAVE2B: MOV R3,#0WAVE2C: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR ;查表求正弦波当前值并控制PWM输出 MOV R7,A LCALL PWMOUT MOV R4,#20 ;点间延时(正弦波输出频率较高)DELAY2: MOV R5,#100 DJNZ R5,$

17、 DJNZ R4,DELAY2 INC R3 CJNE R3,#32,WAVE2C ;每个正弦波周期包括32个点 DJNZ R2,WAVE2B;以下输出频率较高、振幅减半的正弦波WAVE3A: MOV R2,#240 ;连续输出240个周期WAVE3B: MOV R3,#0WAVE3C: MOV A,R3 MOVC A,A+DPTR ;查表求正弦波当前值并控制PWM输出 CLR C RRC A ;正弦波振幅减半 MOV R7,A LCALL PWMOUT MOV R4,#20 ;点间延时(正弦波输出频率较高)DELAY3: MOV R5,#100 DJNZ R5,$ DJNZ R4,DELAY3 INC R3 CJNE R3,#32,WAVE3C ;每个正弦波周期包括32个点 DJNZ R2,WAVE3B LJMP MAIN;=PWM初始化子程序=PWMINIT:MOV CMOD,#08H ;PCA时钟源设为FOSC(PWM频率=11.0592MHz/256;=43.2KHz) MOV CCAPM1,#42H ;设置PCA模块1为8位PWM模式,禁用中断 SETB CR ;启动PCA RET;=PWM占空比更新子程序=;入口参数:R7 占空比(0.255);-PWMOUT: MOV