1、 本科学生毕业论文本科学生毕业论文 A/DA/D 数据采集系统设计数据采集系统设计 作作 者者 系（院）系（院） 物理与电气工程学院物理与电气工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 年年 级级 学学 号号 指导教师指导教师 日日 期期 2011.6.2011.6. 第第 1 1 页页 A/DA/D 数据采集系统设计数据采集系统设计 摘 要：由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度，压力，位移，图像等)，要使 计算机或数字仪表能识别处理这些信号， 必须首先将这些模拟信号转换成数字信号， 而经 计算机分析处理后输出的数字量也往往需要将其转换成相应模拟信号才能为执行机构所 接
2、受。本文研究了一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换 器，硬件实验证明设计的 A/D 转换器可实现预期的转换精度和转换速度标准。 关键词：模数转换器；转换精度；转换速度 1 1 引言引言 随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制，通信及检测等领域， 为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。这样，就需要一种 能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成 数字信号的电路称为模数转换器； 将数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器。 为 确保系统处理结果的精确度，A/D 转换器和 D/A 转换器还要求具
3、有较高的转换速度。转 换精度和转换速度是衡量 A/D 转换器和 D/A 转换器的重要指标。随着集成技术的发展， 现已研制和生产出许多单片的和混合集成性的 A/D 转换器和 D/A 转换器，它们具有愈来 愈先进的技术指标。 本文在深入理解单片机原理及应用课程的基础上，利用 STC12C5A60S2 系列单片 机设计可实现 A/D 转换和 D/A 转换的控制器，在设计的过程中进行模块化处理，并进行 程序的设计，通过最后的硬件试验，证明设计的 A/D 转换器和 D/A 转换器可以在满足转 化速度和转换精度的前提下，完成预期的设计目的。 2 A2 A/ /D D 转换器转换器介绍介绍 2.1 A/D2
4、.1 A/D 转换器的结构转换器的结构 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口（P1.0-P1.7） ，有 8 路 10 位高速 A/D 转换器，速度可达到 250KHz（25 万次/秒） 。8 路电压输入型 A/D，可做 温度检测,电池电压检测，按键扫描，频谱检测等。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。 STC12C5A60S2 系列单片机 ADC（A/D 转换器）的结构图如下图所示。 第第 2 2 页页 图图
5、 1 ADC_CONTR Register1 ADC_CONTR Register 当 AUXR.1/ADRJ=0 时，A/D 转换结果寄存器格式如下： ADC_RES7:0 ADC_B9 ADC_B8 ADC_B7 ADC_B6 ADC_B5 ADC_B4 ADC_B3 ADC_B2 ADC_RESL1:0 - - - - - - ADC_B1 ADC_B0 当 AUXR.1/ADRJ=1 时，A/D 转换结果寄存器格式如下： ADC_RES1:0 - - - - - - ADC_B9 ADC_B8 ADC_RESL7:0 ADC_B7 ADC_B6 ADC_B5 ADC_B4 ADC_B3
6、 ADC_B2 ADC_B1 ADC_B0 STC12C5A60S2 系列单片机 ADC 由多路选择开关，比较器，逐次比较寄存器，0 位 DAC， 转换寄存器以及 ADC_CONTR 构成。 STC12C5A60S2 系列单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC。逐次比较型 ADC 由一个比较器和 D/A 转换器构成，通过逐次比较逻辑，从高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内 置 D/A 转换器输出进行比较， 经过多次比较， 使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对 应值。逐次比较型 A/D 转换器具有速度高，功耗低等优点。 从上图可以看出，通过模拟多路开关，将通过 ADC0-7 的模拟量输入送给比较器。用数 /模转换器转换的模拟量与本次输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐 次比较器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。A/D 转换结
