四川工商学院 单片机原理及应用 刘 强 liuliu408@163.com 15928681548 58570305.

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1 四川工商学院 单片机原理及应用 刘 强

2 课程教学内容

3 复习：IAP15W4K58S4单片机的内部结构 P0~P7 CPU Bus ROM RAM T/C UART 中断系统 ADC
CCP/PWM SPI I/O CPU Watch Dog 总线控制器 CPU实际是通过外设和外部世界进行连接，外设是为特定的控制应用而设计的。

4 本节内容 11.0 A/D转换概述（A/D认知） 11.1 IAP15W4K58S4单片机A/D模块的结构

5 一. A/D转换概述 1. A/D转换是时间和幅值都连续的模拟量，转换为时间、幅值都离散的数字量。
t V t V 1 1 2. 在现实世界中，许多量都是模拟量，例如电压、电流、温度、湿度、压力等信号，而在MCU、DSP、ARM等微控制器的世界中，所有的量都是数字量，那么如何实现将现实的模拟量提供MCU等微控制器呢？

6 单片机 控 制 对 象 传感器 放大器 滤波器 A / D D / A 执行部件

7 3. A/D转换工作原理 2）保持。需要这个信号连续的保持一段时间，否则就有可能是一个干扰或者信号毛刺，这样的干扰和毛刺是不符合采样标准的。即，必须经过保持以避免输入电压在转换期间发生变化！！ ①抽样 ②量化 ③编码

8 8位分辨率---对应编码位数8位

9 ③转换精度：指实际输入的模拟值与理论输入的模拟值（根 据A/D输出推算）之间的偏差。常用数字量最低有效位 LSB 的几 分之几表示。
①分辨率：指A/D转换器所能分辨的最小模拟输入量，通常用A/D的位数表示。 如：8位A/D的分辨率为8位，10位A/D的分辨率为10位 ② 转换时间和转换速度：转换时间指完成一次A/D转换所需 的时间，从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。 转换速度是转换时间的倒数。 CPU 对 ADC 转换结果的读取方式 程序延时方式； 程序查询方式； 中断方式 ③转换精度：指实际输入的模拟值与理论输入的模拟值（根 据A/D输出推算）之间的偏差。常用数字量最低有效位 LSB 的几 分之几表示。 1 4 LSB 1 2 LSB

10 5、几种市面上常用的模数转换器比较 注：SPS为每秒采样次数 类型 并行比较型 分级型 逐次逼近型 Σ-Δ型 积分型 VFC型 超高速 高速
主要特点 超高速 高速 速度、精度 价格等 综合性价比高 高分辨率 高精度 低成本 高抗干扰能力 分辨率 6~10 8~16 16~24 12~16 转换时间 几十ns 几十~几百ns 几~几十μs 几~几十ms 几十~几百ms 采样频率 几十MSPS 几MSPS 几十~几百KSPS 几十KSPS 几~几十SPS 价格 高 中 低 主要用途 超高速视频处理 视频处理 高速数据采集 数据采集 工业控制 音频处理 数字仪表 简易ADC 注：SPS为每秒采样次数

11 6.常用A/D转换方案 + 用户根据实际产品需求自行选择方案！ 方案1：采用MCU + A/D芯片
ADC0809(8位，ADC0832(8位)，ADC574(12位)---比较古老 PCF8591(8位)、TL549(8位)、TL1549(10位)、ADS1118(16位) 方案2：采用带A/D功能的MCU（SOC） 选择依据 （1）主要指标：分辨率、转速速率； （2）接口（PCB设计）：并口、SPI，I2C等。 目前市面上的最新的51单片机内部都带有A/D外设！ 用户根据实际产品需求自行选择方案！

12 ADC输入通道与P1端口复用，不作为ADC仍可作为普通I/O端口。
11.1 IAP15W4K58S4单片机A/D模块的结构 如图所示，ADC模块由多路复选开关、比较器、逐次逼近比较器、10位DAC、结果寄存器以及控制器构成。模拟信号通过P1端口送入到ADC模块内部，P1端口功能复用。 通过数据开关设置，可最多输入8路模拟量。逐次逼近型比较，完成对模拟信号的量化处理，使被测信号的编码在000H-3FFH范围内，和模块量一一对应。 STC15F单片机片内集成有8通道10位高速电压输入型模拟数字转换器ADC，采用逐次比较方式进行A/D转换，速度可达到300KHz 。 ADC输入通道与P1端口复用，不作为ADC仍可作为普通I/O端口。

13 11.2 IAP15W4K58S4单片机A/D模块的控制

14 1. P1端口模拟输入通道功能控制寄存器P1ASF
P1ASF的8个控制位与P1端口的8个引脚: 一一对应置为1，对应P1端口的引脚为ADC功能 一一对应置为0，对应P1端口的引脚为普通I/O功能，默认 P1ASF |=0X01; //设置P1.0为AD口

15 2. ADC控制寄存器ADC_CONTR ⑴ ADC_POWER：ADC电源控制位。 ADC_POWER = 0，关闭ADC电源；- 默认
⑵ SPEED1、SPEED0：A/D转换速度控制位。

16 2. ADC控制寄存器ADC_CONTR ⑶ ADC_FLAG：A/转换结束标志位。
A/D转换完成，ADC_FLAG = 1。需要软件清0。 如果允许A/D转换中断（EADC = 1，EA = 1），则请求产生中断； 查询该标志位可判断A/D转换是否结束。 ⑷ ADC_START：A/D转换启动控制位。 ADC_START = 1，开始转换； ADC_START = 0，不转换。- 默认

17 2. ADC控制寄存器ADC_CONTR ⑸ CHS2.CHS1.CHS0：模拟输入通道选择控制位。

18 3. A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL
A/D转换结果的存储格式由时钟分频寄存器CLK_DIV的bit5位ADRJ进行控制。 执行CLK_DIV | = 0x20设置ADRJ = 1，单片机硬件复位后默认ADRJ = 0。

19 3. A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL
（1）当ADRJ = 0时， 10位ADC值： 高8位存放在ADC_RES寄存器， 低2位存放在ADC_RESL寄存器的低2位。

20 3. A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL
（2）当ADRJ = 1时， 10位ADC值： 高2位存放在ADC_RES寄存器的低2位， 低8位存放在ADC_RESL寄存器。

21 4. 与A/D转换中断有关的寄存器 中断允许控制寄存器IE
EA：CPU总中断控制端 EA=1 开总中断； EA=0 关总中断。 EADC：ADC使能控制端 EADC=1 开ADC中断； EADC=0 关ADC中断。 当EA=1，EADC=1时，ADC控制寄存器ADC_CONTR中的B4位ADC_FLAG是A/D转换结束标志，又是A/D转换结束的中断请求标志。

22 11.3 IAP15W4K58S4单片机A/D转换的应用 ADC模块的应用编程要点： ⑴ 打开ADC工作电源。
⑶ 选择P1端口中的相应口线作为A/D转换模拟量输入通道。 ⑷ 设置ADC输入通道。 ⑸ 根据需要选择转换结果存储格式，默认ADRJ = 0。 ⑹ 查询A/D转换结束标志ADC_FLAG，完成则读出A/D转换结果，并进行数据处理。 ⑺ 若采用中断方式，还需进行中断设置。 ⑻ 在中断服务程序中读取A/D转换结果，并将ADC中断请求标志ADC_FLAG清0。

23 11.3 IAP15W4K58S4单片机A/D转换的应用 案例学习

24 例11.1 利用IAP15W4K58S4单片机编程实现，ADC通道4接外部模拟电压0~5V直流电压，10位精度，采用查询方式循环进行转换，并将转换结果保存于整型变量ADC_rssult中。
LED数码管 输入电压 0~5V IAP15W4K58S4

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26 例11.2 利用IAP15W4K58S4单片机编程实现，ADC通道4接外部模拟电压0~5V直流电压，10位精度，采用中断方式进行转换，并将转换结果保存于整型变量ADC_rssult中。
LED数码管 输入电压 0~5V IAP15W4K58S4

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28 （2）ADC按键识别

29 ADC按键的原理是通过采集不同的电压执行不同的功能。当不同的按键被按下时，AD转换的电压不同，通过AD转换值便可以判断出是哪个按键被按下。

30 小结 A/D转换是将模拟电信号转换成数字信号。 A/D转换的结构： 采样、量化、编码。 A/D转换主要技术指标：分辨率、转换速率。

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