單片機(jī)課程設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換

1、目錄 一、課程設(shè)計(jì)目的-2 二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求-2 三、芯片簡(jiǎn)介-3 (一) a/d 轉(zhuǎn)換芯片 0809 引腳圖與功能簡(jiǎn)介 （二）8051 單片機(jī)引腳圖與引腳功能簡(jiǎn)介 （三）8155 引腳圖及功能描述 四、設(shè)計(jì)方案及程序流程圖 -10 五 、子模塊設(shè)計(jì)及硬件電路連接-12 （一）a/d 轉(zhuǎn)換模塊 （二）單片機(jī)模塊 （三）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描模塊 六、總程序-19 七 、課程設(shè)計(jì)總結(jié)-23 1收獲與體會(huì) 2遇到的問(wèn)題及解決 八、參考書(shū)目- 24 一、課程設(shè)計(jì)目的一、課程設(shè)計(jì)目的 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的目的就是要鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。在 理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)具有綜合功能的小系統(tǒng)，使學(xué) 生將課堂

2、上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，對(duì)電子電路、 電子元器件等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、調(diào) 試、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高， 為今后能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的 基礎(chǔ)。 二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 要求每個(gè)學(xué)生（或小組）都要自己動(dòng)手獨(dú)立設(shè)計(jì)完成一個(gè)典 型的單片機(jī)應(yīng)用小系統(tǒng)。設(shè)計(jì)題目由指導(dǎo)教師提供，也可以自己 選擇設(shè)計(jì)題目，但難度不應(yīng)小于參考題目，需經(jīng)指導(dǎo)教師審查后 方可確定是否采納。一般 4 人為一小組。 課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為 1 周。設(shè)計(jì)的最終作品包括硬件和軟件兩 個(gè)部分，要求能夠演示并達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。每個(gè)學(xué)生（

3、或小 組）在作品完成后，要經(jīng)指導(dǎo)教師檢查通過(guò)后才算完成。課程設(shè) 計(jì)報(bào)告每個(gè)學(xué)生一份，獨(dú)立完成。 設(shè)計(jì)目的：利用 mcs-51 芯片及相關(guān)芯片構(gòu)成模擬溫度檢測(cè)。 設(shè)計(jì)要求： 1、由可變電阻產(chǎn)生 05v 連續(xù)變化的模擬信號(hào)代表溫度 0100 度。 2、用 adc 轉(zhuǎn)換器完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 3、用 led 數(shù)碼管顯示檢測(cè)溫度結(jié)果并精確到小數(shù)點(diǎn)后一位 三、芯片簡(jiǎn)介三、芯片簡(jiǎn)介 （一）a/d 轉(zhuǎn)換模塊 adc0809 是帶有 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開(kāi)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。 （1）adc0809 的內(nèi)部

4、邏輯結(jié)構(gòu) 由下圖可知，adc0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)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(kāi)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)。 （2） adc0809 引腳結(jié)構(gòu) adc0809 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/

5、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(kāi)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(kāi)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。 adc0809 對(duì)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(guò)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

6、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 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 111in7 數(shù)字量輸出及控制線：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(kāi)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

7、 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 adc0809 的內(nèi)部沒(méi)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。 （二） 、8051 單片機(jī)引腳圖與引腳功能簡(jiǎn)介 電源: vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端； 時(shí)鐘: xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線: 控制線共有 4 根， ale/prog:地址鎖存允許/片內(nèi) eprom 編

8、程脈沖 ale 功能：用來(lái)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。 i/o 線 80c51 共有 4 個(gè) 8 位并行 i/o 端口：p0、p1、p2、p

9、3 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） 。 （三）8155 引腳圖及功能描述 8155 有 40 個(gè)引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖和組成框 圖如下頁(yè)圖所示。 我們對(duì) 8155 的引腳分類說(shuō)明如下： 地址/數(shù)據(jù)線 ad0ad7（8 條）：是低 8 位地址線和數(shù)據(jù) 線的共用輸入總線，常和 51 單片機(jī)的 p0 口相連，用于分時(shí)傳 送地址數(shù)據(jù)信息，當(dāng) ale=1 時(shí)，傳送的是地址。 i/o 口總線（22 條）：pa0pa7、pb0pb7 分別為 a、b 口線，用于和外設(shè)之間傳遞數(shù)據(jù)；pc0pc5 為 c 端口線，既可 與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，也可

10、以作為 a、b 口的控制聯(lián)絡(luò)線。 (3) 控制總線（8 條）： reset：復(fù)位線，通常與單片機(jī)的復(fù)位端相連，復(fù)位后， 8155 的 3 個(gè)端口都為輸入方式。 wr, rd：讀/寫線，控制 8155 的讀、寫操作。 ale：地址鎖存線，高電平有效。它常和單片機(jī)的 ale 端 相連，在 ale 的下降沿將單片機(jī) p0 口輸出的低 8 位地址信息鎖 存到 8155 內(nèi)部的地址鎖存器中。因此，單片機(jī)的 p0 口和 8155 連接時(shí)，無(wú)需外接鎖存器。 cs：片選線，低電平有效。 io/m：ram 或 i/o 口的選擇線。當(dāng)=0 時(shí)，選中 8155 的 256 b ram；當(dāng)=1 時(shí)，選中 8155 片

11、內(nèi) 3 個(gè) i/o 端口以及命令/狀 態(tài)寄存器和定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 timerin、timerout：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的脈沖輸入、輸出線。 timerin 是脈沖輸入線，其輸入脈沖對(duì) 8155 內(nèi)部的 14 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器減 1；為輸出線，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿回 0 時(shí)，8155 從該線輸出 脈沖或方波，波形形狀由計(jì)數(shù)器的工作方式?jīng)Q定。 .作片外 ram 使用 當(dāng) ce=0，io/m=0 時(shí)，8155 只能做片外 ram 使用，共 256 b。其尋址范圍由以及 ad0ad7 的接法決定，這和前面講到 的片外 ram 擴(kuò)展時(shí)討論的完全相同。當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)擴(kuò)展片外 ram 芯片時(shí)，要注意二者的統(tǒng)一編址。對(duì)這 256

12、 b ram 的操作 使用片外 ram 的讀/寫指令“movx” 。 作擴(kuò)展 i/o 用 當(dāng) ce=0，io/m=1 時(shí)，此時(shí)可以對(duì) 8155 片內(nèi) 3 個(gè) i/o 端口 以及命令/狀態(tài)寄存器和定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行操作。與 i/o 端口和計(jì) 數(shù)器使用有關(guān)的內(nèi)部寄存器共有 6 個(gè)，需要三位地址來(lái)區(qū)分。 四、設(shè)計(jì)方案及程序流程圖四、設(shè)計(jì)方案及程序流程圖 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(guò)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 的數(shù)字信號(hào)

13、，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出溫度變化。 該方案的前面部分本應(yīng)用溫度傳感器，但試驗(yàn)設(shè)備不足，便 用 0-5v 電壓代替，之后的過(guò)程理論上皆可由實(shí)驗(yàn)箱和編程實(shí) 現(xiàn)，所以具有較高的可行性。 開(kāi)始 a/d轉(zhuǎn) 換啟動(dòng) 延時(shí) 取a/d 輸出 倍率轉(zhuǎn) 換 bcd碼 轉(zhuǎn)換 動(dòng)態(tài)掃 描顯示 延時(shí) 五、子模塊設(shè)計(jì)及硬件電路連接五、子模塊設(shè)計(jì)及硬件電路連接 （一）（一）a/da/d 轉(zhuǎn)換模塊：轉(zhuǎn)換模塊： （1）a/d 轉(zhuǎn)換原理圖及硬件電路連線圖示 （2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 利用實(shí)驗(yàn)儀上的 0809 做 a/ d 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，zh(實(shí)驗(yàn)儀上 的 w1

14、電位器提供模擬量輸入。編制程序，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量，通過(guò)發(fā)光二極管 l1-l8 顯示。 a/ d 轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分 a/ d 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn) 是精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式 a/ d 轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價(jià)格適中；三是并行 a/ d 轉(zhuǎn)換器， 速度快，價(jià)格也昂貴。實(shí)驗(yàn)用 adc0809 屬第二類，是 8 位 a/ d 轉(zhuǎn)換器。每采集一次一般需 100s。由于 adc0809 a/ d 轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生 eoc 信號(hào)(高電平有效)，取反后將其與 8031 的 int0 相連，可以用中斷方式讀取 a/ d 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 把 a/d 區(qū) 0809

15、的 0 通道 in0 用插針接至 w1 的中心抽頭 v01 插孔(0-5v)。 0809 的 clk 插孔與分頻輸出端 t4 相連。 將 w2 的輸入 vin 接+12v 插孔，+12v 插孔再連到外置電源 的+12 上(電源內(nèi)置時(shí)，該線已連好)。調(diào)節(jié) w2，使 v ref端為 +5v。 將 a/d 區(qū)的 vref連到 w2 的輸出 vref端。 exic1 上插上 74ls02 芯片，將有關(guān)線路按圖連好。 將 a/d 區(qū) d0-d7 用排線與 bus1 區(qū) xd0-xd7 相連。 將 bus3 區(qū) p3.0 用連到數(shù)碼管顯示區(qū) data 插孔。 將 bus3 區(qū) p3.1 用連到數(shù)碼管顯示區(qū)

16、 clk 插孔。 單脈沖發(fā)生/sp 插孔連到數(shù)碼管顯示區(qū) clr 插孔。 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在p.狀態(tài)下。 以連續(xù)方式從起始地址 06d0 運(yùn)行程序，在數(shù)碼管上顯示 當(dāng)前采集的電壓值轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，調(diào)節(jié) w1 數(shù)碼管顯示將隨著 電壓變化而相應(yīng)變化，典型值為 0-00h，2.5v-80h，5v-ffh。 （3）參考程序 org 06d0h start: mov a,#00h mov dptr,#9000h movx dptr,a mov a,#00h mov sbuf,a mov sbuf,a movx a,dptr disp: mov r0,a anl a,#0fh lp: mov dptr,#ta

17、b movc a,a+dptr mov sbuf,a mov r7,#0fh h55s:djnz r7,h55s mov a,r0 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov sbuf,a mov r7,#0fh h55s1:djnz r7,h55s1 lcall delay ajmp start tab:db 0fch,60h,0dah,0f2h,66h,0b6h,0beh,0e0h db 0feh,0f6h,0eeh,3eh,9ch,7ah,9eh,8eh delay:mov r6,#0ffh dely2:mov r7,#0ffh dely1:djnz r7,d

18、ely1 djnz r6,dely2 ret end （二）單片機(jī)處理模塊（二）單片機(jī)處理模塊 （1）單片機(jī)處理模塊功能 由于本設(shè)計(jì)由可變電阻產(chǎn)生 05v 連續(xù)變化的模擬信號(hào)代表溫度 0100 度，于是由單片機(jī)來(lái)完成由 a/d 轉(zhuǎn)換來(lái)的數(shù)字量到數(shù)碼管 能顯示的 bcd 碼的轉(zhuǎn)換，由可變電阻產(chǎn)生 05v 連續(xù)變化的模 擬信號(hào)代表溫度 0100 度的公式為 x=d*1000/255=d*4，其中因 要顯示到小數(shù)點(diǎn)后一位所以多乘以 10，a/d 轉(zhuǎn)換輸出值為 d （2）單片機(jī)處理程序參考 1） 取 a/d 轉(zhuǎn)換輸出值 d sta: mov a, dptr 2）延時(shí)程序 mov r6,#0c8h lo

19、op1: mov r7,#0f8h nop loop2: djnz r7,loop2 djnz r6,loop1 3） 倍率程序 mov b, #04h ;將從 ad 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量乘 4 mul ab mov 40h, a mov a, b mov 41h, a 4） bcd 碼轉(zhuǎn)換程序 bmbcd: mov r0, #40h ;被轉(zhuǎn)換數(shù)在 40h 開(kāi)始的 2 個(gè)單 元中,共 2 個(gè)字節(jié) mov r7, #02h ;2 個(gè)字節(jié) mov r1, #4ah ;轉(zhuǎn)換后的 bcd 碼在 4ah 開(kāi)始 的 3 個(gè)單元中 mov a, r0 mov r5, a mov a, r1 mov r6, a

20、 mov a, r7 mov r3, a inc r3 clr a clbcd: mov r1, a inc r1 djnz r3, clbcd mov a, r7 mov b, #08h mul ab mov r3, a lpp0: mov a, r5 mov r0, a mov a, r7 mov r2, a clr c lpp1: mov a, r0 rlc a mov r0, a inc r0 djnz r2, lpp1 mov a, r6 mov r1, a mov a, r7 mov r2, a inc r2 lpp2: mov a, r1 addc a, r1 da a mov

21、r1, a inc r1 djnz r2, lpp2 djnz r3, lpp0 mov a, r6 mov r1 , a mov r2, #03h mov r0, 4ah mov r1, #79h loop3: mov a, r0 anl a, #0fh mov r1, a mov a, r0 swap a anl a, #0fh inc r1 mov r1, a loop4: inc r0 inc r1 djnz r2, loop3 （三）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描模塊及其硬件電路連接圖（三）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描模塊及其硬件電路連接圖 8155 芯片，控制口地址：ff20h，a 口(字位)：ff21h，b

22、口 (字段)：ff22h。本實(shí)驗(yàn)不需硬件連線，閱讀如下硬件原理圖了 解連接原理，連續(xù)運(yùn)行程序后，觀察 led 顯示結(jié)果。原理圖如下： 參考程序 org 00000h mov a,#03h ；控制字，a,b 口輸出 mov dptr,#0ff20h ；控制口地址 movx dptr,a mov 7eh,#01h ；顯示緩沖區(qū)高位. . mov 7dh,#02h ；送要的顯示字符 mov 7ch,#03h mov 7bh,#04h mov 7ah,#05h mov 79h,#06h dir： mov r0,#79h ；設(shè)緩沖區(qū)指針 mov r3,#01h ；設(shè)字位，最低位 mov a,#00h ；

23、關(guān)顯示 mov dptr,#0ff21h ；字位口 movx dptr,a ld1: mov a,r0 ；取顯示字符 mov dptr,#seg movc a,a+dptr mov dptr,#0ff22h movx dptr,a ；字段口輸出 mov dptr,#0ff21h ；設(shè)置字位口 mov a,r3 movx dptr,a ；輸出 mov r7，#0ffh ；延時(shí) djnz r7，$ inc r0 ；緩沖區(qū)指針加一 jb acc.5，ld2 ；左移，是否是 顯示最高位 rl a mov r3，a sjmp ld1 ld2: sjmp dir seg: db 0c0h,0f9h,0a4

24、h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h, db 80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,84h 六、總程序六、總程序 org 06d0h start: mov a, #00h mov dptr, #9000h movx dptr, a mov r6, #0c8h loop1: mov r7, #0f8h nop loop2: djnz r7, loop2 djnz r6, loop1 sta: mov a, dptr mov b, #04h ;將從 ad 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量乘 4 mul ab mov 40h, a mov a, b mov 41h, a bmbcd

25、: mov r0, #40h ;被轉(zhuǎn)換數(shù)在 40h 開(kāi)始的 2 個(gè)單 元中,共 2 個(gè)字節(jié) mov r7, #02h ;2 個(gè)字節(jié) mov r1, #4ah ;轉(zhuǎn)換后的 bcd 碼在 4ah 開(kāi)始 的 3 個(gè)單元中 mov a, r0 mov r5, a mov a, r1 mov r6, a mov a, r7 mov r3, a inc r3 clr a clbcd: mov r1, a inc r1 djnz r3, clbcd mov a, r7 mov b, #08h mul ab mov r3, a lpp0: mov a, r5 mov r0, a mov a, r7 mov r

26、2, a clr c lpp1: mov a, r0 rlc a mov r0, a inc r0 djnz r2, lpp1 mov a, r6 mov r1, a mov a, r7 mov r2, a inc r2 lpp2: mov a, r1 addc a, r1 da a mov r1, a inc r1 djnz r2, lpp2 djnz r3, lpp0 mov a, r6 mov r1 , a mov r2, #03h mov r0, 4ah mov r1, #79h loop3: mov a, r0 anl a, #0fh mov r1, a mov a, r0 swap

27、 a anl a, #0fh inc r1 mov r1, a loop4: inc r0 inc r1 djnz r2, loop3 mov a, #03h :動(dòng)態(tài)掃描程序 mov dptr, #0ff20h movx dptr, a dir: mov r0, #79h mov r3, #01h mov a, #00h mov dptr, #0ff21h movx dptr, a ld1: mov a, r0 mov dptr, #seg movc a, a+dptr mov dptr, #0ff22h movx dptr, a mov dptr, #0ff21h mov a, r3 movx dptr, a mov r7, #0ffh djnz r7, $ inc r0 jb acc.5, ld2 rl a mov r3, a sjmp ld1 ld2: sjmp dir mov r6, #0c8h