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1、目錄A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計- 1 -摘要和關(guān)鍵詞- 1 -第一章 設(shè)計任務(wù)與要求- 2 -1.1、設(shè)計題目- 2 -1.2、設(shè)計目的- 2 -1.3、設(shè)計要求- 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單片機引腳圖與引腳功能簡介- 5 -3.2.1、 電源:- 5 -3.2.2 時鐘:- 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)計方案及程序流程圖- 7 -41、設(shè)計方案- 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- 14 -第八章 參考文獻- 15 -A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計摘要和關(guān)鍵詞A/D轉(zhuǎn)換是指將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這在信號處理、信號傳輸?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ADC模塊，前者精度高、電路復(fù)雜，后者成本低、設(shè)計簡單?；趩纹瑱C的A/D轉(zhuǎn)換電路在實際電路中獲得了廣泛的應(yīng)用，本文對這一電路結(jié)構(gòu)進行了詳細的研究，并且做出05V數(shù)字電壓表。單片機 ADC0808轉(zhuǎn)換器 數(shù)字電壓表第一章 設(shè)計任務(wù)與要求1.1、設(shè)計題目 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計 1.2、設(shè)計目的1）掌握51系列單片機的基本硬件結(jié)構(gòu)及工作原理；2）掌握51系列單片機的匯編語言及基本程序設(shè)計方法；3）學(xué)習(xí)并掌握使用51系列單片機開發(fā)控制系統(tǒng)的基本步驟及方法。1.3、設(shè)計要求1）選擇一個目前較為常用的A/D器件，對05V的電壓信號進行采樣；2）采樣的結(jié)果用兩位十進制數(shù)顯示；3）用按
4、鍵控制每次采樣動作：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，字跡工整，原理正確，元件選擇有理。圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號標(biāo)準，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)變化的模擬信號代表被采樣信號。用ADC轉(zhuǎn)換器完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。用LED數(shù)碼管顯示檢測結(jié)果并精確到小數(shù)點后一位2.2器件選擇1）單片機選用80C512）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片單片機原理與接口技術(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8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(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，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（-）：參考電壓負端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。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：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。圖3-2 ADC0808管腳圖 ADC0808對
7、輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；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，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(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)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行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。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(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為時鐘輸入信號線。因ADC0808的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，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。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 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8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（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，型號為8255（改進型為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，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方式控制字，選擇A、B、C三個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,此時接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號進行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時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，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是一個并行輸入、輸出器件，具有24個可編程設(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)計方案及程序流程圖41、設(shè)計方案數(shù)據(jù)采集，主要由三大模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，8051單片機模塊和七段譯碼顯示模塊。首先，通過實驗箱產(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，出入到單片機中，作為輸入量進行倍率變換，并經(jīng)軟件編程實現(xiàn)動態(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)框圖單片機時鐘電路AD轉(zhuǎn)化器七段數(shù)碼管電壓信號圖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）上電兩個七段數(shù)碼管顯示00等待INT1中斷啟動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 單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。
14、復(fù)位電平是高電平有效持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。本系統(tǒng)中單片機時鐘頻率為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)位所需的最短時間是振蕩器建立時間加上二個機器周期，在這段時間里，振蕩建立時間不超過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，電源通過電阻對外接電容進行充電，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，就能使單片機復(fù)位。5.2、振蕩源 在MCS-51內(nèi)部有一個用于構(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自激振蕩器。方案二：外部方式 外部振蕩器信號的接法與芯片類型有關(guān)。CMOS工藝的MCU其XTAL1端接外部時鐘信號，XTAL2端可懸空。HMOS工藝的MCU則XTAL2端接外部時鐘信號
16、，XTAL1端須接地。在MCS-51單片機系列芯片中，用8051或8751芯片可以構(gòu)成最小系統(tǒng)。因為8051和8751是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，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：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)部的存儲器，故存儲器的容量有限。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信號二分頻后得到500KHz信號作為ADC0808的工作信號。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 ;此段程序為上電
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 感想體會工欲善其事，必先利其器。為了做好單片機AD轉(zhuǎn)換的課程設(shè)計，必須把軟件用熟練，在設(shè)計過程中很多時間都浪費在尋找器件上面。對于我們
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P0一直為灰色，折騰了很長時間才明白原來是忘了接上拉電阻，而上課時老師著重強調(diào)過這個問題，都怪設(shè)計前沒好好看書，吧上課講的知識都忘光了；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。上面是我在AD轉(zhuǎn)換課程設(shè)計過程中的一些體會。第八章 參考文獻1郭文川.單片機原理與接口技術(shù).中國農(nóng)業(yè)出版社2何立民.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北航出版社- 15 -
單片機課程設(shè)計---AD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計.doc
