使用89C2051實現(xiàn)AD的使用方法和程序AD轉(zhuǎn)換設(shè)計

1、使用89C2051實現(xiàn)AD的使用方法和程序AD轉(zhuǎn)換設(shè)計一、選題的背景和意義：隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，用數(shù)字電路來處理模擬信號 的情況更加普及。這就涉及到模擬信號與數(shù)字信號間的相互轉(zhuǎn)換:從模擬信號到數(shù)字信號 的轉(zhuǎn)換稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換（乂稱A/D轉(zhuǎn)換），完成A/D轉(zhuǎn)換的電路稱A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）;從 數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換（乂稱D/A轉(zhuǎn)換），完成D/A轉(zhuǎn)換的電路稱D/A轉(zhuǎn) 換器（簡稱DAC）。二、課題研究的主要內(nèi)容：A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換過程通過取 樣、保持、量化和編碼四個步驟完成。通常取樣和保持是利用同一個電路連續(xù)過程進行的, 量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時

2、實現(xiàn)。模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換一,逐次逼近式模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器原理二,逐次逼近A/D本組成 三,典型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 AT89C2051三、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：單片機系統(tǒng)： AT89c2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只 讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEL公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處 理器和Flash存儲單元，功能強大AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合。 摘要AT89C20

3、51是一個功能強大的單片機,它將AT89c51的P0 口、P2 口、EA/Vcc. ALE/PROG, 口線簡化后，形成的一種僅20個引腳的單片機，相當(dāng)于INTEL8031的最小應(yīng) 用系統(tǒng)。這對于一些不太復(fù)雜的控制場合，僅用一片AT89c2031就足夠了。由于將多功能 的8位CPU和2KB閃速存儲器以及模擬電壓比較器集成到單個芯片上，從而成為一種多功能的微處理器，這 為許多嵌入式控制提供了一種極佳的方案，使傳統(tǒng)的51系列單片機的體積大、功耗大、 可選模式少等諸多困擾設(shè)計工程師們的致命弱點不復(fù)存在。關(guān)鍵詞：AT89C2051閃速存儲器模擬電壓比較器多功能的微處理器目錄第一章引言2 1. 1A/D

4、轉(zhuǎn)換器21. 1. 1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理2 1.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成2 1. 1.3集成A/D轉(zhuǎn)換器 及應(yīng)用2 2. 1器件和原理22. 1. 1 AT89C2051為什么可以不需要外部的A / D芯片? 2 2. 1.2 AT89c2051的A / D 轉(zhuǎn)換是如何實現(xiàn)的？ 2 3. 1電路23. 1. 1電路原理和器件選擇2 3. 1.2地址分配和連接2 4.1逐次逼近式24. 1.1逐次逼近式模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器原理2 4. 1.2逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器基本組成 2 4. 1.3典型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AT89C2051 25. 1. 3. 1芯片簡介26. 1. 3. 2 AT89

5、C2051 工作時序 27. 1. 3. 3 AT89c2051與微處理器的連接2 5. 1程序設(shè)計2 5. 1. 1程序功能28. 1. 2主要器件和變量的說明2 5.1.3程序代碼2參考文獻4附錄A 4附錄B 4 致謝4引言AT89c2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫 的只讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中 央處理器和Flash存儲單元，功能強大AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用 場

6、合。AT89c2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O 口，兩個外中斷口，兩個16位可 編程定時計數(shù)器，兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時AT89c2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的 喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省 電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位 方可繼續(xù)運行。1. 1 A/D轉(zhuǎn)換器1.1.1, A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通,斷

7、開的過程.S接通時,ui （t）對C 充電,為采樣過程;S斷開時,C上的電壓保持不變,為保持過程.在保持過程中,采樣的模擬 電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進制數(shù)輸出.t0時刻S閉合,CH被迅速充電，電 路處于采樣階段.由于兩個放大器的增益都為1,因此這一階段uo跟隨ui變化,即 uo=ui. tl時刻采樣階段結(jié)束,S斷開，電路處于保持階段.若A2的輸入阻抗為無窮大,S為理 想開關(guān),則CH沒有放電回路,兩端保持充電時的最終電壓值不變,從而保證電路輸出端的電 壓uo維持不變.（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小,轉(zhuǎn)換精度越高. 例如,輸入模擬電壓的變

8、化范圍為。5V,輸出8位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為 5V2-8=20mV;而輸出12位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2-121. 22mV. （2）相對 精度在理想情況下,所有的轉(zhuǎn)換點應(yīng)當(dāng)在一條直線上.相對精度是指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離 理想特性的誤差.（3）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間.轉(zhuǎn)換時間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號開始,到輸 出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號所經(jīng)過的這段時間0<uiVREF/14<ui<3VREF/14時,7個比較 器中只有C1輸出為1, CP到來后，只有觸發(fā)器FF1置1,其余觸發(fā)器仍為0.經(jīng)編碼器編碼后 輸出的二進制代碼為d2dld0=

9、001. 1.1. 2, A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成3VREF/14 Cui<5VREF/14時，比較器Cl, C2輸出為1, CP到來后,觸發(fā)器FF1, FF2置1. 經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進制代碼為d2dld0=010. 5VREF/14Wuiuo,說明數(shù)字過大了，故將 最高位的1清除;若ui3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前，先使Q1二Q2;Q3=Q l=0, Q5=l, 第一個CP到來后,Ql=l, Q2=Q3=Q4=Q5=0,于是FFA被置1, FFB和FFC被置0.這時加到D/A 轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為100,并在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓輸出uo. uo和 ui在比較器

10、中比較，當(dāng)若ui第二個CP到來后,環(huán)形計數(shù)器右移一位,變成Q2=l, Ql=Q3=Q4=Q5=0,這時門G1打開,若原來uc=l,則FFA被置0,若原來uc=0,則FFA的1 狀態(tài)保留.與此同時,Q2的高電平將FFB置1.第三個CP到來后,環(huán)形計數(shù)器乂右移一位， 一方面將FFC置1,同時將門G2打開,并根據(jù)比較器的輸出決定FFB的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留. 第四個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器Q4=l, Q142=Q3=Q5=0,門G3打開，根據(jù)比較器的輸出決定 FFC的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留.第五個CP到來后,環(huán)形計數(shù)器Q5=l, Q1=Q2=Q3=Q1=O, FFA, FFB, FFC的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果，通

11、過門G6, G7, G8送出.工作原理 基本原理:對輸入模擬電壓和基準電壓進行兩次積分,先對輸入模擬電壓進行積分,將其變 換成與輸入模擬電壓成正比的時間間隔T1,再利用計數(shù)器測出此時間間隔，則計數(shù)器所計的 數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓;接著對基準電壓進行同樣的處理.1.1.3,集成A/D轉(zhuǎn)換 器及應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成一組多位的二進制數(shù)字輸出.不同 的A/D轉(zhuǎn)換方式具有各自的特點.并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快,主要缺點是要使用的 比較器和觸發(fā)器很多，隨著分辨率的提高,所需元件數(shù)目按幾何級數(shù)增加.雙積分型A/D轉(zhuǎn) 換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高,具有很高的抗干擾能力，

12、電路結(jié)構(gòu)簡單,其缺點是工作速 度較低,在對轉(zhuǎn)換精度要求較高,而對轉(zhuǎn)換速度要求較低的場合,如數(shù)字萬用表等檢測儀器 中，得到了廣泛的應(yīng)用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率較高,誤差較低,轉(zhuǎn)換速度較快,在一 定程度上兼顧了以上兩種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點，因此得到普遍應(yīng)用.系統(tǒng)板上硬件連線 1）.把“單片機系統(tǒng)板”區(qū)域中的P1端口的P1.0-PL7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼 顯示”區(qū)域中的A B C D E F G H端口上，作為數(shù)碼管的筆段驅(qū)動。（2）.把“單片 機系統(tǒng)板”區(qū)域中的P2端口的P2.0 P2.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示"區(qū)域中的 SI S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8端口上，

13、作為數(shù)碼管的位段選擇。（3）.把“單片機系統(tǒng)板” 區(qū)域中的P0端口的P0.0P0.7用8芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的 D0D1D2D3D4D5D6D7端口上，A/D轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)輸入到單片機的P0端口 （4）.把“模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的VREF端子用導(dǎo)線連接到“電源模塊”區(qū)域中的VCC端子上；（5）.把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導(dǎo)線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中 的P3.4 P3.5 P3.6端子上；（6）.把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導(dǎo)線連接 到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0端子上：（7） .把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的0E端 子用導(dǎo)線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1端子上；（8