单片机课程设计AD转换系统设计.docx
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单片机课程设计AD转换系统设计
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0~5V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0~5V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0~5V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80C51
2)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
3.1ADC0808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3-1ADC0808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3-2ADC0808管脚图
ADC0808对输入模拟量要求:
信号单极性,电压范围是0-5V,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IN0-IN7上的一路模拟量输入。
通道选择表如下表所示。
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
图3-3ADC0808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。
OE=1,输出转换得到的数据;OE=0,输出数据线呈高阻状态。
D7-D0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3-480C51管脚图
3.2.1、电源:
①VCC-芯片电源,接+5V;
②VSS-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
①ALE功能:
用来锁存P0口送出的低8位地址
②PROG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。
①RST(Reset)功能:
复位信号输入端。
②VPD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。
①EA功能:
内外ROM选择端。
②Vpp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、8255A
Intel8086/8088系列的可编程外设接口电路(ProgrammablePeripheralInterface)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
4.1、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
图4-1系统框图
4.3、程序流程图
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=10
10
8.2
10
=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5-5AD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
5.68255A电路
8255A地址为0BFFCH-0BFFFH
图5-78255A
5.7总电路仿真
上电显示00.
图5-8总仿真图
第六章程序
ORG0000H
LJMPSTAR
ORG1000H
STAR:
MOVIE,#85H;INT0、INT1中断允许
MOVDPTR,#0BFFFH;初始化8255A
MOVA,#80H
MOVX@DPTR,A
DISP1:
MOVR2,#02H;此段程序为上电显示00,02H=00000010B,位控制口初始值
DISP2:
MOVDPTR,#0BFFCH
MOVA,#3FH;向高位送0
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0BFFDH
MOVA,R2
MOVX@DPTR,A
MOVR3,#0FFH;延时
DJNZR3,$
MOVA,R2
RRCA;显示位右移,显示低位
MOVR2,A
JNZDISP2;若一圈未显示完,继续下一个
JBP3.3,DISP1;若外部按钮还没按下,继续从头显示00
LOOP:
MOVA,#0;外部按钮按下,AD转换器采集数据
MOVDPTR,#7FF8H
MOVX@DPTR,A
JBP3.2,$;INT0为低继续查询
MOVP0,#0FFH;P0口置一准备读入数据
MOVXA,@DPTR;数据读入A
MOV40H,A
MOVB,#51;ADC0808为8位,把5V分为255份,每一份为1/51V,所以A中数据除以55就是电压大小
DIVAB
ANLA,#0FH
LCALLSEG7;调用显示程序,显示高位
MOV41H,A
MOVB,#51
DIVAB
ANLA,#0F0H
SWAPA
LCALLSEG7;调用显示程序,显示低位
MOV42H,A
DISP3:
MOVR0,42H
MOVR2,#02H
DISP4:
MOVA,R0
MOVDPTR,#0BFFCH
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0BFFDH
MOVA,R2
MOVX@DPTR,A
MOVR3,#0FFH
DJNZR3,$
MOVA,R2
RRCA
MOVR2,A
MOVR0,41H
JNZDISP4
JBP3.3,DISP3;外部按钮按下则继续采集数据循环
SJMPLOOP
SEG7:
INCA
MOVCA,@A+PC
RET
DB03FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
END
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
..
- 配套讲稿:
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