单片机课程设计---AD转换系统设计.doc

目录A/D转换系统设计- 1 -摘要和关键词- 1 -第一章 设计任务与要求- 2 -1.1、设计题目- 2 -1.2、设计目的- 2 -1.3、设计要求- 2 -1.4、完成的任务- 2 -第二章 方案比较与论证- 2 -2.1、方案设想- 2 -2.2器件选择- 2 -第三章 芯片简介- 3 -3.1 ADC0808简介- 3 -3.1.1ADC0808的内部逻辑结构- 3 -3.1.2ADC0808引脚结构- 3 -3.2、8051单片机引脚图与引脚功能简介- 5 -3.2.1、 电源:- 5 -3.2.2 时钟:- 5 -3.2.3控制线:- 5 -3.2.4、 I/O线- 6 -3.3、8255A- 6 -第四章 设计方案及程序流程图- 7 -41、设计方案- 7 -4.2、系统框图- 7 -4.3、程序流程图- 7 -第五章 PROTEUS仿真电路- 8 -5.1、复位电路- 8 -5.2、振荡源- 9 -5.3、二分频电路- 10 -5.4、AD转换电路- 10 -5.5、显示电路- 11 -5.6 8255A电路- 11 -5.7总电路仿真- 12 -第六章 程序- 12 -第七章 感想体会- 14 -第八章 参考文献- 15 -A/D转换系统设计摘要和关键词A/D转换是指将模拟信号转换为数字信号，这在信号处理、信号传输等领域具有重要的意义。常用的A/D转换电路有专用A/D集成电路、单片机ADC模块，前者精度高、电路复杂，后者成本低、设计简单。基于单片机的A/D转换电路在实际电路中获得了广泛的应用，本文对这一电路结构进行了详细的研究，并且做出05V数字电压表。单片机 ADC0808转换器 数字电压表第一章 设计任务与要求1.1、设计题目 A/D转换系统设计 1.2、设计目的1）掌握51系列单片机的基本硬件结构及工作原理；2）掌握51系列单片机的汇编语言及基本程序设计方法；3）学习并掌握使用51系列单片机开发控制系统的基本步骤及方法。1.3、设计要求1）选择一个目前较为常用的A/D器件，对05V的电压信号进行采样；2）采样的结果用两位十进制数显示；3）用按键控制每次采样动作：按一次按键，采样一次，并显示；4）数码管显示具备锁存功能，上电后显示0“00”，当采样一次后，显示采样结果，并保持到下次采样。 1.4、完成的任务要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理。图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。第二章 方案比较与论证2.1、方案设想由可变电阻产生05V连续变化的模拟信号代表被采样信号。用ADC转换器完成模拟量到数字量的转换。用LED数码管显示检测结果并精确到小数点后一位2.2器件选择1）单片机选用80C512）模数转换芯片单片机原理与接口技术中学习了ADC0809芯片，但是由于PROTEUS中ADC0809芯片不能进行仿真，因此选择ADC0809芯片功能相似的ADC0808芯片，其用法与管脚均与ADC0809芯片相同。第三章 芯片简介3.1 ADC0808简介ADC0808是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。3.1.1ADC0808的内部逻辑结构 由下图可知，ADC0808由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图3-1 ADC0808内部原理图3.1.2ADC0808引脚结构ADC0808各脚功能如下：D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。图3-2 ADC0808管脚图 ADC0808对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7图3-3 ADC0808通道选择图数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0808的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。3.2、8051单片机引脚图与引脚功能简介图3-4 80C51管脚图3.2.1、 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；3.2.2 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3.2.3控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 3.2.4、 I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。3.3、8255AIntel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种;方式0 ：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式1 ：选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.方式2： 双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位。A口可以设置为方式0、方式1、方式2，B口与C口只能设置为方式0或方式1第四章 设计方案及程序流程图41、设计方案数据采集，主要由三大模块组成：A/D转换模块，8051单片机模块和七段译码显示模块。首先，通过实验箱产生0-5V可调电压；然后，将0-5V可调电压输入A/D转换进行数模转换，将0-5V的模拟量转换成00H-FFH的数字信号，出入到单片机中，作为输入量进行倍率变换，并经软件编程实现动态扫描，最终在七段译码显示管上显示电压变化。4.2、系统框图单片机时钟电路AD转化器七段数码管电压信号图4-1 系统框图4.3、程序流程图N开始允许INT0、INT1中断；初始化8255A等待INT0中断（采样完成）上电两个七段数码管显示00等待INT1中断启动ADC0808转换输出到七段数码管INT1中断吗？Y结束图4-2 程序流程图第五章 PROTEUS仿真电路5.1、复位电路 单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51的RST引脚是复位信号的输入端。复位电平是高电平有效持续时间要有24个时钟周期以上。本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us。方案一：上电复位电路图5-1 上电复位图上电瞬间，RST端的的电位与Vcc相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期，在这段时间里，振荡建立时间不超过10ms。复位电路的典型参数为：C取10uF,R取8.2k,故时间常数=RC=10108.210=82ms以满足要求。方案二.外部复位电路按下开关时，电源通过电阻对外接电容进行充电，使RES端为高电平，复位按钮松开后，电容通过下拉电阻放电，逐渐使RET端恢复低电平。图5-2 外部上电复位方案三：上电外部复位电路 典型的上电外部复位电路是既具有上电复位又具有外部复位电路，上电瞬间，C与Rx构成充电电路，RST引脚出现正脉冲，只要RST保持足够的高电平，就能使单片机复位。5.2、振荡源 在MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1(19)、XTAL2(18)分别是此放大器的输入端和输出端。方案一：内部方式与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成一个自激振荡器。方案二：外部方式 外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。CMOS工艺的MCU其XTAL1端接外部时钟信号，XTAL2端可悬空。HMOS工艺的MCU则XTAL2端接外部时钟信号，XTAL1端须接地。在MCS-51单片机系列芯片中，用8051或8751芯片可以构成最小系统。因为8051和8751是片内有ROM/EPROM的单片机，用这种芯片构成的单片及最小系统简单、可靠。图5-3 晶振电路8051构成的最小系统特点：受集成度所限，只能用于小型控制单元。有可供用户使用的大量的I/O口线。仅有芯片内部的存储器，故存储器的容量有限。8051的应用软件要依靠半导体掩膜技术植入，适于在大批量生产的应用系统中使用。5.3、二分频电路8051晶体振荡频率6MHz，由于ADC0808最高工作频率640KHz，因此把ALE信号二分频后得到500KHz信号作为ADC0808的工作信号。二分频器用D触发器制成。图5-4 二分频电路5.4、AD转换电路INT0作为信号输入口，INT0地址为7FF8H。图5-5 AD转换器接法5.5、显示电路采用共阴极接法。图5-6 七段数码管5.6 8255A电路8255A地址为0BFFCH-0BFFFH图5-7 8255A5.7总电路仿真上电显示00.图5-8 总仿真图 第六章 程序ORG 0000HLJMP STARORG 1000HSTAR: MOV IE,#85H ；INT0、INT1中断允许MOV DPTR,#0BFFFH ;初始化8255AMOV A,#80H MOVX DPTR,ADISP1:MOV R2,#02H ;此段程序为上电显示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 ；延时DJNZ R3,$MOV A,R2RRC A ；显示位右移，显示低位MOV R2,AJNZ DISP2 ；若一圈未显示完，继续下一个JB P3.3,DISP1 ；若外部按钮还没按下，继续从头显示00LOOP: MOV A,#0 ；外部按钮按下，AD转换器采集数据MOV DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,AJB P3.2,$ ；INT0为低继续查询MOV P0,#0FFH ；P0口置一准备读入数据MOVX A,DPTR ；数据读入AMOV 40H,AMOV B,#51 ;ADC0808为8位，把5V分为255份，每一份为1/51V,所以A中数据除以55就是电压大小DIV ABANL A,#0FHLCALL SEG7 ；调用显示程序，显示高位MOV 41H,AMOV B,#51DIV ABANL A,#0F0HSWAP ALCALL SEG7 ；调用显示程序，显示低位MOV 42H,ADISP3:MOV R0,42H MOV R2,#02HDISP4:MOV A,R0MOV DPTR,#0BFFCHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0BFFDHMOV A,R2MOVX DPTR,AMOV R3,#0FFHDJNZ R3,$ MOV A,R2RRC AMOV R2,AMOV R0,41HJNZ DISP4JB P3.3,DISP3 ；外部按钮按下则继续采集数据循环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 感想体会工欲善其事，必先利其器。为了做好单片机AD转换的课程设计，必须把软件用熟练，在设计过程中很多时间都浪费在寻找器件上面。对于我们很熟悉的电阻，在PROTEUS里面的名称却是3WATT10K，表示功率为10瓦的10千欧电阻；一开始选择的AD转换器件是ADC0809，结果连好电路图以后不能仿真，寻其原因原来是ADC0809在该软件中不能用于仿真只好改变策略使用ADC0808代替；数码管的共阴极或共阳极也是设计过程中遇到的问题之一，一开始没有注意到接法的差异，最后查阅资料才了解；仿真时P0一直为灰色，折腾了很长时间才明白原来是忘了接上拉电阻，而上课时老师着重强调过这个问题，都怪设计前没好好看书，吧上课讲的知识都忘光了；程序是自己编的，其中有很多警告，因不明白警告的原因最后也没解决这些问题，反正也不影响仿真。编程序时一定要清楚各器件的地址，注意各种寻址方式的用法，明白各指令的注意事项。上面是我在AD转换课程设计过程中的一些体会。第八章 参考文献1郭文川.单片机原理与接口技术.中国农业出版社2何立民.单片机应用系统设计.北航出版社- 15 -