第9章 模数转换器

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第9章

模数转换器

9.1 模数转换器的结构及相关寄存器

9.2 模数转换器的应用

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STC12C5A60S2单片机集成有8路10 位高速模数转换器(ADC),速度可达到 250KHz(25万次/秒，可做温度检测、压 力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱 检测等。

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9.1 模数转换器的结构及相关寄存器STC12C5A60S2单片机片内集成8通道 10位模数转换器(ADC)。ADC输入通道 与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型 I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的 任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D 使用的口可继续作为I/O口使用。

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9.1.1 模数转换器的结构ADC控制寄存器ADC_CONTR ADC_P OWER SP EED1 SP EED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0

模拟输入信号 通道选择开关 CHS2/CHS1/CHS0 A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL ADC7/P 1.7 ADC6/P 1.6 ADC5/P 1.5 ADC4/P 1.4 ADC3/P 1.3 ADC2/P 1.2 ADC1/P 1.1 比较器 ADC0/P 1.0 逐次比较 寄存器

10-bit DAC

STC12C5A60S2单片机的模数转换器由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位ADC、转 换结果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC控制寄存器ADC_CONTR构成。

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9.1.2 参考电压源STC12C5A60S2单片机A/D转换模块的参考电压源是 输入工作电压Vcc,所以一般不用外接参考电压源。如三 端稳压电路7805的输出电压是5V,但实际电压可能是 4.88V到4.96V,如果用户需要的精度比较高，可在应用产 品出厂前将实际测出的工作电压值记录在单片机内部的 EEPROM里面，以供程序校正使用。 如果Vcc不稳定(例如电池供电的系统中，电池电压 常常在5.3V-4.2V之间漂移), 则需要在8路A/D转换的一 个通道外接一个稳定的参考电压源，来计算出此时的工作 电压Vcc,再计算出其他几路A/D转换通道的电压。例如， 可在ADC转换通道的第七通道外接一个 1.25V的基准参考 电压源，由此求出此时的工作电压Vcc,再计算出其它几 路A/D转换通道的电压。

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9.1.3 与ADC有关的特殊功能寄存器1.P1口模拟功能控制寄存器P1ASF(地址为9DH,复位值为00H)位号 位名称 D7 P17ASF D6 P16ASF D5 P15ASF D4 P14ASF D3 P13ASF D2 P12ASF D1 P11ASF D0 P10ASF

如果要使用相应口的模拟功能，需将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为‘1’。如，若要使 用P1.6的模拟量功能，则需要将P16ASF设置为1。(注意，P1ASF寄存器不能位寻址，可以使 用汇编语言指令ORL P1ASF, #40H,也可以使用C语言语句P1ASF |= 0x40;)

2.ADC控制寄存器ADC_CONTR(地址为BCH,复位值为00H)位号 D7 D6 SPEED1 D5 SPEED0 D4 ADC_FLAG D3 ADC_START D2 CHS2 D1 CHS1 D0 CHS0

位名称 ADC_PO

WER

1)ADC_POWER:ADC电源控制位。 0:关闭ADC电源。 1:打开ADC电源。 2)SPEED1、SPEED0:ADC转换速度控制位。各种设置如表9-1所示。 3)ADC_FLAG:A/D转换结束标志位。A/D转换完成后，ADC_FLAG = 1,要由软件 清0。不管A/D转换完成后由该位申请产生中断，还是由软件查询该标志位判断A/D转换是 否结束，当A/D转换完成后，ADC_FLAG = 1,一定要软件清0。 4)ADC_START:A/D转换启动控制位，ADC_START=1,开始转换；ADC_START=0, 停止转换。 5)CHS2、CHS1、CHS0:模拟输入通道选择，如表9-2所示。

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3.A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES(地址为BDH,复位值为00H)和ADC_RESL(地址为 BEH,复位值为00H)用于保存A/D转换结果。 A/D转换结果存储格式由辅助寄存器AUXR1(地址为A2H,复位值为00H)中的 ADRJ控制，ADRJ是AUXR1中的D2位。 (1)当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在 ADC_RESL寄存器。存储格式如下：D7 ADC_RES ADC_RESL AUXR1 ADRJ=0 ADC_RES9 D6 ADC_RES8 D5 ADC_RES7 D4 ADC_RES6 D3 ADC_RES5 D2 ADC_RES4 D1 ADC_RES3 ADC_RES1 D0 ADC_RES2 ADC_RES0

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3.A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL(2)当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位 ，低8位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：D7 ADC_RES ADC_RESL AUXR1 ADC_RES7 ADC_RES6 ADC_RES5 ADC_RES4 ADC_RES3 ADC_RES2 ADRJ=1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 ADC_RES9 ADC_RES1 D0 ADC_RES8 ADC_RES0

模/数转换结果计算公式如下： ADRJ = 0时，取10位结果 (ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0]) = 1024 × Vin / Vcc ADRJ = 0时，取8位结果 ADC_RES[7:0] = 256 × Vin / Vcc ADRJ = 1时，取10位结果 (ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0]) = 1024 × Vin / Vcc Vin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为 模拟参考电压。

4.与A/D转换中断有关的寄存器中断允许控制寄存器IE中的EADC位(D5位)用于开放ADC中断，EA位 (D7位)用于开放CPU中断；中断优先级寄存器IP中的PADC位(D5位)和IPH 中的PADCH位(D5位)用于设置A/D中断的优先级。在中断服务程序中，要使用 软件将A/D中断标志位ADC_FLAG(也是A/D转换结束标志位)清0。

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模数转换器的应用

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STC12C5A60S2单片机ADC模块的使用编程要点如下： 1)打开ADC电源，第一次使用时要打开内部模拟电源(设置ADC_CONTR)。 2)适当延时，等内部模拟电源稳定。一般延时1ms以内即可。 3)设置P1口中的相应口线作为A/D转换通道(设置P1ASF寄存器)。 4)选择ADC通道(设置ADC_CONTR中的CHS2~CHS0)。 5)根据需要设置转换结果存储格式(设置AUXR1中的ADRJ位)。 6)查询A/D转换结束标志ADC_FLAG,判断A/D转

换是否完成，若完成，则读出结 果(结果保存在ADC_RES和ADC_RESL寄存器中),并进行数据处理。如果是多通 道模拟量进行转换，则更换A/D转换通道后要适当延时，使输入电压稳定，延时量取 20μs~200μs即可，与输入电压源的内阻有关，如果输入电压信号源的内阻在10K 以下，可不加延时；如果是单通道模拟量转换，则不需要更换A/D转换通道，也就不 需要加延时。

8)若采用中断方式，还需进行中断设置(EADC置1,EA置1)。9)在中断服务程序中读取ADC转换结果，并将ADC中断请求标志ADC_FLAG清零。

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【例9-1】编程实现利用STC12C5A60S2单片机ADC通道2采集外部模拟电压信号，8位精度， 采用查询方式循环进行转换，并将转换结果保存于30H单元中。假设时钟频率为18.432MHz。 解：取8位精度时，可设置ADRJ=0,直接使用转换结果寄存器ADC_RES的值。由于复位后， ADRJ=0,因此，按照ADC的编程要点进行初始化后，直接判断ADC_FLAG标志是否为1, 若为1,则读出ADC_RES寄存器的值，并存入30H即可；若为0,则继续等待。 汇编语言程序代码如下： $INCLUDE (STC12C5A.INC) ;包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件 ADC_DAT EQU 30H ;A/D转换结果 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050H MAIN: MOV SP, #70H ;设置堆栈 ORL ADC_CONTR, #80H ;开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源 MOV A, #20H LCALL DELAY ;开A/D转换电源后要加适当延时，1ms以内即可 MOV P1ASF,#04H ;设置P1.2的模拟量功能 MOV ADC_CONTR,#11100010B ;选择P1.2作为A/D转换通道 MOV A, #05H LCALL DELAY ;如果切换A/D转换通道,则需要加延时

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WAIT_AD: 11/16 ORL ADC_CONTR, #00001000B ;启动A/D转换 MOV A, #00010000B ;判断A/D转换是否完成 ANL A, ADC_CONTR JZ WAIT_AD ;A/D 转换尚未完成, 继续等待 ANL ADC_CONTR, #11100111B ;将ADC_FLAG清零 MOV A, ADC_RES ;读取A/D转换结果 MOV ADC_DAT, A ;保存A/D转换结果 LJMP WAIT_AD ;等待下一次转换完成 DELAY: ;延时子程序 PUSH 02 ;将寄存器组0 的 R2 入栈 PUSH 03 ;将寄存器组0 的 R3 入栈 PUSH 04 ;将寄存器组0 的 R4 入栈 MOV R4, A DELAY_LOOP0: ;DELAY_LOOP0循环延时200406个时钟周期 MOV R3, #200 ;2个时钟周期 Delay_LOOP1: ;DELAY_LOOP1循环延时1002个时钟周期 MOV R2, #249 ;2个时钟周期 DELAY_LOOP: DJNZ R2, DELAY_LOOP ;4个时钟周期 DJNZ R3, DELAY_LOOP1 ;4个时钟周期 DJNZ R4, DELAY_LOOP0 ;4个时钟周期 POP 04 POP 03 POP 02 RET END

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C语言程序代码如下： #include “stc12c5a.h” //包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件 unsigned char data adc_dat _at_ 0x30; //A/D转换结果变量 void main(void) { unsigned long i; unsigned char status; ADC_CONTR|=0x80; //开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源 for (i=0;i<1000

0;i++);//适当延时 P1ASF=0x04; //选择P1.2作为A/D转换通道 ADC_CONTR=0xE2; for (i=0;i<10000;i++); //适当延时 while(1) //循环进行A/D 转换 { ADC_CONTR|=0x08; //重新启动 A/D 转换 status=0; while(status==0) //等待A/D转换结束 { status=ADC_CONTR&0x10; } ADC_CONTR&=0xE7; //将ADC_FLAG清零 adc_dat=ADC_RES; //保存A/D转换结果 } }

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13/16 【例9-2】 编程实现利用STC12C5A60S2单片机ADC通道2采集外部模拟电压信号，10位精 度，采用中断方式进行转换，并将转换结果保存于30H和31H单元中。假设时钟频率为 18.432MHz。 解：按照编程要点进行初始化时，可设置ADRJ=1。在中断服务程序中读出ADC_RES寄存 器的值，屏蔽高6位后存入31H单元，读出ADC_RESL寄存器的值，存入30H单元。 汇编语言程序代码如下： $INCLUDE (STC12C5A.INC) ;包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件 ADC_HI EQU 31H ;A/D转换结果高2位 ADC_LOW EQU 30H ;A/D转换结果低8位 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 002BH LJMP ADC_ISR ;ADC中断服务程序入口 ORG 0050H MAIN: MOV SP, #70H ;设置堆栈 ORL ADC_CONTR, #80H ;开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源 MOV A, #20H LCALL DELAY ;开A/D转换电源后要加适当延时，1ms以内即可 MOV P1ASF,#04H ;设置P1.2的模拟量功能 MOV ADC_CONTR,#11100010B ;选择P1.2作为A/D转换通道 MOV A, #05H LCALL DELAY ;如果切换A/D转换通道,则需要加延时 ORL AUXR1,#04H ;设置ADC转换结果存储格式(ADRJ=1) ORL ADC_CONTR, #00001000B ;启动A/D转换 SETB EADC ;EADC=1, 开放ADC的中断控制位

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SETB EA ;开放CPU总中断 SJMP $ ;循环等待中断 ADC_ISR: ;ADC中断服务程序入口 ANL ADC_CONTR, #11100111B ;将ADC_FLAG清零 MOV A, ADC_RES ;读取A/D转换结果高2位 ANL A,#03H ;屏蔽高6位 MOV ADC_HI, A ;保存A/D转换结果高2位 MOV A, ADC_RESL ;读取A/D转换结果低8位 MOV ADC_LOW, A ;保存A/D转换结果低8位 ORL ADC_CONTR, #00001000B ;重新启动A/D转换 RETI DELAY: ;延时子程序 PUSH 02 ;将寄存器组0 的 R2 入栈 PUSH 03 ;将寄存器组0 的 R3 入栈 PUSH 04 ;将寄存器组0 的 R4 入栈 MOV R4, A DELAY_LOOP0: ;DELAY_LOOP0循环延时200406个时钟周期 MOV R3, #200 ;2个时钟周期 Delay_LOOP1: ;DELAY_LOOP1循环延时1002个时钟周期 MOV R2, #249 ;2个时钟周期 DELAY_LOOP: DJNZ R2, DELAY_LOOP ;4个时钟周期 DJNZ R3, DELAY_LOOP1 ;4个时钟周期 DJNZ R4, DELAY_LOOP0 ;4个时钟周期 POP 04 POP 03 POP 02 RET END

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C语言程序代码如下： #include “stc12c5a.h” //包含STC12C5A60S2单片机寄存器定义文件 unsigned char data adc_hi _at_ 0x31; //A/D转换结果变量高2位 unsigned char data adc_low _at_ 0x30; //A/D转换结果变量低8位 void main(void) { unsigned long i; ADC_CONTR|=0x80; //开A/D转换电源,第一次使用时要打开内部模拟电源 for (i=0;i<10000;i++); //适当延时 P1

ASF=0x04; //选择P1.2作为A/D转换通道 ADC_CONTR=0xE2; for (i=0;i<10000;i++); //适当延时 AUXR1 |=0x04; //ADRJ=1 ADC_CONTR|=0x08; //启动 A/D 转换 EADC=1; //EADC=1, 开放ADC的中断控制位 EA=1; //开放CPU总中断 while(1); //循环等待ADC中断 } void ADC_ISR (void) interrupt 5 // ADC中断函数 { ADC_CONTR&=0xE7; //将ADC_FLAG清0 adc_hi=ADC_RES&0x03; //保存A/D转换结果高2位 adc_low=ADC_RESL; //保存A/D转换结果低8位 ADC_CONTR|=0x08; //重新启动A/D转换 }

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思考题

1、简述STC12C5A60S2单片机A/D转换器的结构特点。 2、利用STC12C5A60S2的A/D转换器，实现按键扫描功 能。电路图如图9-2所示。试编程实现之。 3、利用STC12C5A60S2单片机ADC通道0采集外部模拟 电压信号，10位精度，每10m转换一次，将转换结果保存 于30H单元中。同时，将转换结果上传到计算机中。假设 时钟频率为18.432MHz。通信参数为：9600,n,8,1。 试编写单片机的汇编语言程序和相应的C语言程序。计算 机的监视程序可以使用串口助手。

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