單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、目錄A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 1 -摘要和關(guān)鍵詞- 1 -第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求- 2 -1.1、設(shè)計(jì)題目- 2 -1.2、設(shè)計(jì)目的- 2 -1.3、設(shè)計(jì)要求- 2 -1.4、完成的任務(wù)- 2 -第二章 方案比較與論證- 2 -2.1、方案設(shè)想- 2 -2.2器件選擇- 2 -第三章 芯片簡介- 3 -3.1 ADC0808簡介- 3 -3.1.1ADC0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)- 3 -3.1.2ADC0808引腳結(jié)構(gòu)- 3 -3.2、8051單片機(jī)引腳圖與引腳功能簡介- 5 -3.2.1、 電源:- 5 -3.2.2 時(shí)鐘:- 5 -3.2.3控制線:- 5 -3.2.4、 I/O線- 6 -3.

2、3、8255A- 6 -第四章 設(shè)計(jì)方案及程序流程圖- 7 -41、設(shè)計(jì)方案- 7 -4.2、系統(tǒng)框圖- 7 -4.3、程序流程圖- 7 -第五章 PROTEUS仿真電路- 8 -5.1、復(fù)位電路- 8 -5.2、振蕩源- 9 -5.3、二分頻電路- 10 -5.4、AD轉(zhuǎn)換電路- 10 -5.5、顯示電路- 11 -5.6 8255A電路- 11 -5.7總電路仿真- 12 -第六章 程序- 12 -第七章 感想體會(huì)- 14 -第八章 參考文獻(xiàn)- 15 -A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要和關(guān)鍵詞A/D轉(zhuǎn)換是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這在信號(hào)處理、信號(hào)傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有重要的意義。常用的A/D轉(zhuǎn)換電路有專

3、用A/D集成電路、單片機(jī)ADC模塊，前者精度高、電路復(fù)雜，后者成本低、設(shè)計(jì)簡單?；趩纹瑱C(jī)的A/D轉(zhuǎn)換電路在實(shí)際電路中獲得了廣泛的應(yīng)用，本文對(duì)這一電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并且做出05V數(shù)字電壓表。單片機(jī) ADC0808轉(zhuǎn)換器 數(shù)字電壓表第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1、設(shè)計(jì)題目 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.2、設(shè)計(jì)目的1）掌握51系列單片機(jī)的基本硬件結(jié)構(gòu)及工作原理；2）掌握51系列單片機(jī)的匯編語言及基本程序設(shè)計(jì)方法；3）學(xué)習(xí)并掌握使用51系列單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)的基本步驟及方法。1.3、設(shè)計(jì)要求1）選擇一個(gè)目前較為常用的A/D器件，對(duì)05V的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣；2）采樣的結(jié)果用兩位十進(jìn)制數(shù)顯示；3）用按

4、鍵控制每次采樣動(dòng)作：按一次按鍵，采樣一次，并顯示；4）數(shù)碼管顯示具備鎖存功能，上電后顯示0“00”，當(dāng)采樣一次后，顯示采樣結(jié)果，并保持到下次采樣。 1.4、完成的任務(wù)要求說明詳細(xì)，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，線條均勻。第二章 方案比較與論證2.1、方案設(shè)想由可變電阻產(chǎn)生05V連續(xù)變化的模擬信號(hào)代表被采樣信號(hào)。用ADC轉(zhuǎn)換器完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。用LED數(shù)碼管顯示檢測(cè)結(jié)果并精確到小數(shù)點(diǎn)后一位2.2器件選擇1）單片機(jī)選用80C512）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片單片機(jī)原理與接口技術(shù)中學(xué)習(xí)了ADC0809芯片，但是由于PROTEUS中ADC0809芯片不能進(jìn)行仿真，因此選擇A

5、DC0809芯片功能相似的ADC0808芯片，其用法與管腳均與ADC0809芯片相同。第三章 芯片簡介3.1 ADC0808簡介ADC0808是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。3.1.1ADC0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由下圖可知，ADC0808由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

6、圖3-1 ADC0808內(nèi)部原理圖3.1.2ADC0808引腳結(jié)構(gòu)ADC0808各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。圖3-2 ADC0808管腳圖 ADC0808對(duì)

7、輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條 ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖3-3 ADC0808通道選擇圖數(shù)字量輸出及控制線

8、：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0808的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。3.2、8051單片機(jī)引腳圖與引腳功能簡介圖3-4 80C51管腳圖3.2.1

9、、 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端；3.2.2 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3.2.3控制線:控制線共有4根， ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇

10、端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。 3.2.4、 I/O線 80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。3.3、8255AIntel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路（Programmable Peripheral Interface)簡稱 PPI，型號(hào)為8255（改進(jìn)型為8255A及8255A-5），具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A

11、的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。8255A在使用前要寫入一個(gè)方式控制字，選擇A、B、C三個(gè)端口各自的工作方式，共有三種;方式0 ：基本的輸入輸出方式，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。方式1 ：選通I/O,此時(shí)接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時(shí)C口的某些線被規(guī)定為A口或B口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，余下的線只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.方式2： 雙向I/O方式，只有A口可以工作在這種方式，該I/O線即可輸入又可輸出，此時(shí)C口有5條線被規(guī)定為A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線，C

12、口剩下的三條線可作為B口方式1的聯(lián)絡(luò)線，也可以和B口一起方式0的I/O線。8255A是一個(gè)并行輸入、輸出器件，具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口，包括3組8位的I/O為PA口、PB口、PC口，又可分為2組12位的I/O口：A組包括A口及C口高4位，B組包括B口及C組的低4位。A口可以設(shè)置為方式0、方式1、方式2，B口與C口只能設(shè)置為方式0或方式1第四章 設(shè)計(jì)方案及程序流程圖41、設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)采集，主要由三大模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，8051單片機(jī)模塊和七段譯碼顯示模塊。首先，通過實(shí)驗(yàn)箱產(chǎn)生0-5V可調(diào)電壓；然后，將0-5V可調(diào)電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將0-5V的模擬量轉(zhuǎn)換成00H-FFH的

13、數(shù)字信號(hào)，出入到單片機(jī)中，作為輸入量進(jìn)行倍率變換，并經(jīng)軟件編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，最終在七段譯碼顯示管上顯示電壓變化。4.2、系統(tǒng)框圖單片機(jī)時(shí)鐘電路AD轉(zhuǎn)化器七段數(shù)碼管電壓信號(hào)圖4-1 系統(tǒng)框圖4.3、程序流程圖N開始允許INT0、INT1中斷；初始化8255A等待INT0中斷（采樣完成）上電兩個(gè)七段數(shù)碼管顯示00等待INT1中斷啟動(dòng)ADC0808轉(zhuǎn)換輸出到七段數(shù)碼管INT1中斷嗎？Y結(jié)束圖4-2 程序流程圖第五章 PROTEUS仿真電路5.1、復(fù)位電路 單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。

14、復(fù)位電平是高電平有效持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。本系統(tǒng)中單片機(jī)時(shí)鐘頻率為6MHz則復(fù)位脈沖至少應(yīng)為4us。方案一：上電復(fù)位電路圖5-1 上電復(fù)位圖上電瞬間，RST端的的電位與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，充電電流減小，RST電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩器建立時(shí)間加上二個(gè)機(jī)器周期，在這段時(shí)間里，振蕩建立時(shí)間不超過10ms。復(fù)位電路的典型參數(shù)為：C取10uF,R取8.2k,故時(shí)間常數(shù)=RC=10108.210=82ms以滿足要求。方案二.外部復(fù)位電路按下開關(guān)時(shí)，電源通過電阻對(duì)外接電容進(jìn)行充電，使RES端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過下拉電阻放電，逐漸使RET端恢復(fù)低電平。圖

15、5-2 外部上電復(fù)位方案三：上電外部復(fù)位電路 典型的上電外部復(fù)位電路是既具有上電復(fù)位又具有外部復(fù)位電路，上電瞬間，C與Rx構(gòu)成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持足夠的高電平，就能使單片機(jī)復(fù)位。5.2、振蕩源 在MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1(19)、XTAL2(18)分別是此放大器的輸入端和輸出端。方案一：內(nèi)部方式與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起組成一個(gè)自激振蕩器。方案二：外部方式 外部振蕩器信號(hào)的接法與芯片類型有關(guān)。CMOS工藝的MCU其XTAL1端接外部時(shí)鐘信號(hào)，XTAL2端可懸空。HMOS工藝的MCU則XTAL2端接外部時(shí)鐘信號(hào)

16、，XTAL1端須接地。在MCS-51單片機(jī)系列芯片中，用8051或8751芯片可以構(gòu)成最小系統(tǒng)。因?yàn)?051和8751是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，用這種芯片構(gòu)成的單片及最小系統(tǒng)簡單、可靠。圖5-3 晶振電路8051構(gòu)成的最小系統(tǒng)特點(diǎn)：受集成度所限，只能用于小型控制單元。有可供用戶使用的大量的I/O口線。僅有芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器，故存儲(chǔ)器的容量有限。8051的應(yīng)用軟件要依靠半導(dǎo)體掩膜技術(shù)植入，適于在大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)中使用。5.3、二分頻電路8051晶體振蕩頻率6MHz，由于ADC0808最高工作頻率640KHz，因此把ALE信號(hào)二分頻后得到500KHz信號(hào)作為ADC0808的工作信號(hào)。二

17、分頻器用D觸發(fā)器制成。圖5-4 二分頻電路5.4、AD轉(zhuǎn)換電路INT0作為信號(hào)輸入口，INT0地址為7FF8H。圖5-5 AD轉(zhuǎn)換器接法5.5、顯示電路采用共陰極接法。圖5-6 七段數(shù)碼管5.6 8255A電路8255A地址為0BFFCH-0BFFFH圖5-7 8255A5.7總電路仿真上電顯示00.圖5-8 總仿真圖 第六章 程序ORG 0000HLJMP STARORG 1000HSTAR: MOV IE,#85H ；INT0、INT1中斷允許MOV DPTR,#0BFFFH ;初始化8255AMOV A,#80H MOVX DPTR,ADISP1:MOV R2,#02H ;此段程序?yàn)樯想?/p>

18、顯示00, 02H=00000010B，位控制口初始值DISP2:MOV DPTR,#0BFFCHMOV A,#3FH ；向高位送0MOVX DPTR,AMOV DPTR,#0BFFDHMOV A,R2MOVX DPTR,AMOV R3,#0FFH ；延時(shí)DJNZ R3,$MOV A,R2RRC A ；顯示位右移，顯示低位MOV R2,AJNZ DISP2 ；若一圈未顯示完，繼續(xù)下一個(gè)JB P3.3,DISP1 ；若外部按鈕還沒按下，繼續(xù)從頭顯示00LOOP: MOV A,#0 ；外部按鈕按下，AD轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)MOV DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,AJB P3.2,$ ；INT0

19、為低繼續(xù)查詢MOV P0,#0FFH ；P0口置一準(zhǔn)備讀入數(shù)據(jù)MOVX A,DPTR ；數(shù)據(jù)讀入AMOV 40H,AMOV B,#51 ;ADC0808為8位，把5V分為255份，每一份為1/51V,所以A中數(shù)據(jù)除以55就是電壓大小DIV ABANL A,#0FHLCALL SEG7 ；調(diào)用顯示程序，顯示高位MOV 41H,AMOV B,#51DIV ABANL A,#0F0HSWAP ALCALL SEG7 ；調(diào)用顯示程序，顯示低位MOV 42H,ADISP3:MOV R0,42H MOV R2,#02HDISP4:MOV A,R0MOV DPTR,#0BFFCHMOVX DPTR,AMOV

20、 DPTR,#0BFFDHMOV A,R2MOVX DPTR,AMOV R3,#0FFHDJNZ R3,$ MOV A,R2RRC AMOV R2,AMOV R0,41HJNZ DISP4JB P3.3,DISP3 ；外部按鈕按下則繼續(xù)采集數(shù)據(jù)循環(huán)SJMP LOOPSEG7:INC AMOVC A,A+PCRETDB 03FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HEND第七章 感想體會(huì)工欲善其事，必先利其器。為了做好單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換的課程設(shè)計(jì)，必須把軟件用熟練，在設(shè)計(jì)過程中很多時(shí)間都浪費(fèi)在尋找器件上面。對(duì)于我們

21、很熟悉的電阻，在PROTEUS里面的名稱卻是3WATT10K，表示功率為10瓦的10千歐電阻；一開始選擇的AD轉(zhuǎn)換器件是ADC0809，結(jié)果連好電路圖以后不能仿真，尋其原因原來是ADC0809在該軟件中不能用于仿真只好改變策略使用ADC0808代替；數(shù)碼管的共陰極或共陽極也是設(shè)計(jì)過程中遇到的問題之一，一開始沒有注意到接法的差異，最后查閱資料才了解；仿真時(shí)P0一直為灰色，折騰了很長時(shí)間才明白原來是忘了接上拉電阻，而上課時(shí)老師著重強(qiáng)調(diào)過這個(gè)問題，都怪設(shè)計(jì)前沒好好看書，吧上課講的知識(shí)都忘光了；程序是自己編的，其中有很多警告，因不明白警告的原因最后也沒解決這些問題，反正也不影響仿真。編程序時(shí)一定要清楚各器件的地址，注意各種尋址方式的用法，明白各指令的注意事項(xiàng)。上面是我在AD轉(zhuǎn)換課程設(shè)計(jì)過程中的一些體會(huì)。第八章 參考文獻(xiàn)1郭文川.單片機(jī)原理與接口技術(shù).中國農(nóng)業(yè)出版社2何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北航出版社- 15 -