8098单片机原理介绍（续）

1．模拟信号转换成数字信号（A／D转换）

①8098片内具有4路带取样保持电路的10位A／D通道，每路的转换时间为22μs（12MH晶振）。图6是A／D转换部件的原理框图。8098的A／D转换器是采用逐项比较来完成模拟量到数字量转换的，可得到10位的分辨率，即内部基准电压可分为1024个台阶与输入的模拟电压进行比较。

8098的A／D为转换器完成一次转换需要88个状态周期，当晶振为12MHz时，约需22μs的时间，其中采样占用4个状态周期（约1μs）。当输入电压在线性范围内变化时，即输入电压的最小值大于0伏，最大值小于参考电源的电压值，A／D转换器的输出结果可用下式表示：

②基准参考源：A／D转换器的基准参考源是否稳定对转换结果的精度有很大的影响，在使用8098片内A／D转换器时，应采用精密基准参考源作为基准，如TL431，LM3999，ICL6809都是很好的基准参考源。Vref的电压值应尽量选择在4.5～5.5V之间，而且还要能提供5mA的供电电源，这是因为外部提供的基准参考电压不但要作为基准，而且还要供给A／D转换部件的模拟器件使用。目前生产的许多种芯片，Vref电压也可采用2.5V的电压。此外8098的ANGND引脚应接到线路的无干扰的地线上，并尽可能靠近供电电源线，以避免数字信号通过地线对A／D部分进行干扰。Vref与ANGND引脚之间还应加接滤波电容。

当不使用内部A／D转换器时，可将Vref引脚直接与VCC引脚相连接，ANGND引脚与VSS相连接。

③模拟信号的缓冲：输入的模拟信号最好经过缓冲之后再接到8098的模拟输入引脚，这样做有两方面的好处：一是可避免因输入的模拟信号电压过高而造成8098损坏，另一方面可提高模拟信号的输入阻抗，降低对模拟信号源的要求。几种典型的输入缓冲电路见图7～10。

图7所示是一种简单的模拟接口电路，电路中的两只限位二极管，使输入到模拟输入口的电流限制在2.6mA之下。如果对A／D转换精度要求较高的话，可采用图8或图9所示缓冲电路，注意图中电阻最好使用精密电阻，电容应采用低吸附效应的电容。当然为了调节方便也可采用图10所示的缓冲电路，采用这个电路，不仅可以将外部元件引起的误差消除，而且还可将A／D转换器的偏差和满度误差调至最小。

④A／D命令寄存器：A／D命令寄存器用来选择转换器的通道和启动方式，它的地址是02H，它的各位为0～2用于选择通道；3（GO）为1时转换立即开始，为0时等到HSO规定的时刻启动；4～7是保留位。A／D命令寄存器具有双缓冲能力，当由第一个命令启动A／D转换器时，第二个由HSO触发的命令照样能写入到该寄存器之中。如果一个新的转换命令写入时，而由原命令启动的A／D部件正在转换，那么新的命令不但启动了A／D部件，而且取消了正在进行的转换。启动一个转换，就会将结果寄存器清零，因此，在启动一次新的转换之前，应将前次转换的结果读出，否则前次转换的结果就丢失了。

每进行一次A／D转换都应写一次命令到命令寄存器，每写一次命令到A／D命令寄存器，只能选择一个通道进行转换。

⑤A／D结果寄存器；A／D结果寄存器是一个16位的寄存器，A／D转换的结果存放在其中，它不能按字读出，只能分别按字节读出，它们的地址单元是02H和03H。A／D结果寄存器中除了存放所转换的结果数据外，还存有通道号和A／D转换器的状态。

启动A／D转换器之后，要经过88个状态周期才能得到转换结果。可以通过查询A／D结果寄存器的第3位了解是否转换完。注意：当发出启动A／D命令之后，要等8个状态周期才能对A／D结果寄存器查询，否则可能会得出错误结论。也可以采用中断的方法来了解A／D是否转换结束，如果置位PSW9和中断屏蔽寄存器的第1位的话，当A／D转换结束时A／D部件就会发出中断请求，其中断向量单元为2002H。

⑥A／D转换示例：这个例子是在显示数码管上轮流显示4个通道的模拟星大小，并给出AD提示符和对应的通道号。具体程序见实验程序1。

温度控制示例：假设温度传感器已将温度转换成了模拟电压，温度对应的模拟电压送到A／D转换器的第4通道。当温度正常时8098不动作，如果温度超出上限值，便将P2.0置1（打开鼓风机）。当温度低于下限温度时，将P2.5置1（接通加热器），使温度回升，当温度再次超过设定的下限值时，再关闭加热器。具体程序见实验程序2。

2．PWM信号和数字信号转换成模拟信号

①PWM：PWM称之为脉冲宽度调制器，它能输出占空比不同的方波信号。8098能通过两个部件输出PWM信号，一是由PWM部件输出分辨率为1／256（8位）的PWM信号，另一个是由HSO部件输出分辨率为1／65536（16位）的PWM信号。这两个部件输出的PWM信号，经过平滑滤波后，均可作为模拟信号，也就是说8098具有D／A的能力。

②PWM部件原理：图11是8098内部的PWM部件原理框图。它由暂存器、脉宽调制寄存器、脉宽调制计数器、比较器、内部时钟、RS触发逻辑选择器等部分组成。它的8位计数器的值每一个状态周期加1，当计数器的计数值为00H时，PWM引脚输出高电平，并一直保持这种状态，直到PWM寄存器中预置的值与计数器中的值相等时，PWM引脚才由高转为低电平。当PWM计数器溢出时，PWM引脚又重新转变为高电平。注意如果将PWM寄存器设置为00H的话，PWM引脚总是保持为低电平。

PWM部件开始工作时，PWM引脚是高电平，当计数器的值与PWM寄存器的值相同时，PWM引脚输出为低电平。也就是说PWM寄存器（16H单元）的值，决定了PWM引脚高电平的占空比。由于PWM寄存器是8位的，故PWM引脚可输出256种不同的占空比。由于计数器的计数值是每个状态周期增1，故PWM部件的输出频率固定为15.625kHz（采用12MHz晶振，周期为64μs），这与电视行扫描频率一样。

PWM的计数器只有溢出后，才又从暂存器中将计数值读入PWM寄存器，故当一个计数周期（256个状态周期）还没有结束时，送入的新的计数预置值不起决定作用，只有在一个计数周期，送入的值才然有效。也就是说计数器才会与新置入的值进行比较。

PWM部件的输出端与P2.5共用一个引脚，由IOC1.0控制，当IOC1.0为1时，引脚就为PWM引脚，否则就作为P2.5口使用。

③利用HSO产生PWM信号：实际上利用HSO引脚也可产生PWM信号，只要将引脚变高的时间作事件1送入CAM之中，然后再将引脚变低的时间作为另一个事件送入CAM之中。这样在一个PWM脉冲周期内，只要利用两次HSO中断和送两次事件命令，就能不断地产生PWM信号。当然利用HSO部件输出PWM信号，就要求在每个周期内都送两次事件命令到HSO部件中，这比利用PWM部件要麻烦些，但由于HSO部件中使用的定时器是16位的，故利用HSO部件输出的PWM信号要比PWM部件输出的精确得多。利用HSO部件可输出分辨率为16位的占空比信号，不过由于外部元器件的精度等原因，如果作D／A用的话，实际精度是达不到16位的，但还是比8位高得多。

④PWM信号作为D／A信号：PWM信号经过滤波后是可以作为模拟信号使用的，由于8098输出的PWM信号是TTL电平兼容的，为了获得D／A信号，应在滤波电路之前加缓冲器，PWM信号通过滤波电路滤波后，可获得较为平滑的模拟信号。

⑤例：利用PWM部件产生锯齿波。从0逐步增大PWM信号的占空比，经过滤波后就能得到线性良好的锯齿波信号。具体程序见实验程序3。

实验程序1：

实验程序2：

实验程序3：

RET

（未完待续）（朱小华 陈尚品 梁建国）