單片機課設(shè)AD轉(zhuǎn)換

1、 目錄摘要：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。基于單片機的A/D轉(zhuǎn)換電路在實際電路中獲得了廣泛的應(yīng)用，論文對這一電路結(jié)構(gòu)進行了詳細的研究。關(guān)鍵詞：單片機；AD轉(zhuǎn)換器；電路（二）前言：在設(shè)計一個控制系統(tǒng)時，首先要對系統(tǒng)進行分析明確設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求，作為系統(tǒng)方案設(shè)計的依據(jù)。合理選著系統(tǒng)的構(gòu)成方案，合理規(guī)劃分硬件和軟件的功能，以有利于兼顧性能、價格比和縮短開發(fā)周期。硬件設(shè)計應(yīng)以在充分滿足系統(tǒng)功能的前提下最簡單為原則，在系統(tǒng)的運用中，單片機被廣泛運

2、用。A/D轉(zhuǎn)換的方法是由傳輸信號與接收信號圖解方法，借助這種方法可以在已知發(fā)，接收點和存儲的條件下，制造出各式各樣的電器產(chǎn)品。（三）目的要求：一要求 利用實驗臺上的ADC0809做A/D轉(zhuǎn)換器，實驗箱上的電位器提供模擬電壓信號輸入，編制程序，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用數(shù)碼管顯示模擬量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。二目的1 掌握A/D轉(zhuǎn)換與單片機的接口方法。2 了解A/D芯片ADC0809轉(zhuǎn)換性能及編程方法。3 通過設(shè)計了解單片機如何進行數(shù)據(jù)采集。三原理1. ADC0809讀寫原理A/D轉(zhuǎn)換器大致有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是精度高，抗干擾性好，價格便宜，但速度慢；二是逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價

3、格適中；三是并行A/D轉(zhuǎn)換器，速度快，價格也昂貴。ADC0809屬第二類，是八位A/D轉(zhuǎn)換器。每采集一次需100us。ADC0809 START端為A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，ALE端為通道選擇地址的鎖存信號。實驗電路中將其相連，以便同時鎖存通道地址并開始A/D采樣轉(zhuǎn)換，故啟動A/D轉(zhuǎn)換只需如下兩條指令： MOV DPTR，#PORT MOVX DPTR,AA中為何內(nèi)容并不重要，這是一次虛擬寫。在中斷方式下，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后會自動產(chǎn)生EOC信號，將其與8031CPU板上的INT0相連接。在中斷處理程序中，使用如下指令即可讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果： MOV DPTR，#PORT MOVX A，DPTR 2.

4、電路原理 實驗板連接：將ADC0809的片選信號CS0809接CS0；電位器的輸出信號AN0接0809的ADIN0；EOC接CPU板的INT0.四編程要點 學(xué)習(xí)ADC0809原理（參考教材第8章內(nèi)容），了解本實驗電路原理，數(shù)碼管顯示模擬量參照題目5。五基本任務(wù)1.利用實驗設(shè)備正確接線。畫出整體原理圖。2.編制采集模擬電壓信號及顯示程序，并調(diào)試運行正確。3.畫出程序流程圖。（4） 總體設(shè)計數(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-FF

5、H的數(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，但試驗設(shè)備不足，便用0-5V電壓代替，之后的過程理論上皆可由實驗箱和編程實現(xiàn)，所以具有較高的可行性。（5） 硬件電路5.1總體硬件電路圖基于ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由兩部分電路組成：單片機最小系統(tǒng)和ADC0809的電路。如圖所示ADC0809電路完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機完成接收、存儲并處理數(shù)據(jù)的任務(wù)。5.2單片機最小系統(tǒng)電路5.2.1最小系統(tǒng)電路圖單片機最小系統(tǒng)電路圖主要由主要由8051單片機、復(fù)位電路和晶振電路組成。5.2.

6、2 8051單片機簡介l 8位CPU。l 布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力。l 128B內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存儲器，21個專用寄存器。l 4KB內(nèi)部掩膜ROM程序存儲器。l 兩個16位可編程定時器/計數(shù)器。l 32個（4*8位）雙向可獨立尋址的I/O接口。l 一個全雙工UART(異步串行通信口)。l 5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級的中斷控制器。l 時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.212MHz的時鐘頻率。l 外部程序存儲器尋址空間為64KB,外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64KB。l 111條指令，大部分為單字節(jié)指令。l 單一+5V電源供電，雙列直插40引腳DIP封裝。5.2.3 復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種：上電自

7、動復(fù)位和上電/按鍵手動復(fù)位。在這里我們采用上電/按鍵手動復(fù)位，如圖所示按下按鍵SW，電源對電容C充電，使RESET端快速達到高電平。松開按鍵，電容向芯片的內(nèi)阻放電，恢復(fù)為低電平，從而使單片機可靠復(fù)位。既可上電復(fù)位，又可按鍵復(fù)位。一般R1選470歐姆，R2選8.2K歐姆，C選22uF。5.2.4 晶振電路晶振電路的兩端接到單片機的18（XTAL2）和19(XTAL1)引腳,晶振采用12MHZ，兩端各接一個30pF的電容。如圖所示5.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路5.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、74LS02或非門、CC4013D觸發(fā)器（ALE引腳4分頻）5.3.2 ADC

8、0809芯片簡介l 分辨率為8位l 誤差正負1LSB,無漏碼。l 轉(zhuǎn)換時間為100us（當(dāng)外部時鐘輸入頻率Fc=640kHz時）。l 很容易與微處理器連接。l 單一電源+5V，采用單一電源+5V供電時，量程為05V。l 無須零位或滿量程調(diào)整。l 帶有鎖存控制邏輯的8通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于選擇8路中的任一路進行轉(zhuǎn)換。l DIP28封裝l 使用5V或采用經(jīng)調(diào)整模擬間距的電壓基準工作。l 帶鎖存器的三態(tài)數(shù)據(jù)輸出。5.3.3 ADC0809 CLK信號產(chǎn)生電路ADC0809的CLK(10號引腳)所需的時鐘輸入信號的典型值為640kHz，鑒于640kHz頻率的獲取比較復(fù)雜，我們采用在8051的ALE信號

9、的基礎(chǔ)上分頻的方法。單片機的晶振頻率為12MHz時，ALE引腳上的頻率大約為2MHz，經(jīng)4分頻后能達到500kHz，4分頻是由CC4013兩個D觸發(fā)器實現(xiàn)的，如圖所示，在D觸發(fā)器中，當(dāng)與D相接時，輸出是輸入的二分頻。所以采用兩個D觸發(fā)器就能實現(xiàn)4分頻。5.3.4 ADC0809的8路通道的地址鎖存電路地址鎖存采用74LS373芯片，如圖所示，OE（1號引腳）端接低電平，鎖存控制端LE（11號引腳）可以直接與CPU的地址鎖存控制信號ALE相連，當(dāng)LE為高電平時，Q端等于D端，當(dāng)LE端從高電平下降到低電平時，輸入端D的數(shù)據(jù)鎖入鎖存器中。D0D7與8051的P0.0P0.7相連。A0，A1，A2分別

10、接ADC0809的A，B，C端，當(dāng)A0A1A2=000111時，就實現(xiàn)了對ADC0809的8路通道的選擇。5.3.5 讀寫控制信號電路讀寫控制電路由或非門實現(xiàn)的。74LS02是4輸入或非門，其中A，B為輸入，Y為輸出。8051的P2.7（A15）和經(jīng)或非門后的信號YSA與ADC0809的ALE端和START端相連，平時START因譯碼器輸入端P2.7上的高電平而封鎖，當(dāng)單片機執(zhí)行如下程序后MOV DPTR,#7FF8H MOV DPTR,A就啟動了AD轉(zhuǎn)換。8051的P2.7(A15)和經(jīng)或非門后的信號YOE與ADC0809的OE端相連，但單片機執(zhí)行如下程序后，MOV DPTR,#7FF8H

11、MOV A,DPTR就可以獲取AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送可以有定時傳送方式，查詢方式和中斷方式，在這里我們采用中斷方式。因為ADC0809的轉(zhuǎn)換時間為100us，而單片機執(zhí)行一條指令的時間為1us，它們之間相差兩個數(shù)量級。而且采用中斷方式的好處在于可以不占用CPU硬件資源，使CPU可以在轉(zhuǎn)換的過程中完成其他的工作。將ADC0809的EOC引腳經(jīng)或非門后與8051的INT0相連，這樣就能在外部中斷子程序中實現(xiàn)對采集來的數(shù)據(jù)進行存儲。（六）軟件設(shè)計6.1 Keil uVison 3 集成開發(fā)環(huán)境簡介Keil uVison 3 是一套在windows環(huán)境下8051單片機整合性開發(fā)接口（Inter

12、grated Development Environment,IDE ）軟件，它具備完善的項目管理系統(tǒng)，提供編譯器以編寫程序及說明文件，可以協(xié)助編寫，翻譯（包含C語言的編譯器C51 Compiler以及A51組譯器）除錯和測試嵌入式系統(tǒng)程序。其中C51compiler是C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能，結(jié)構(gòu)性，可讀性和可維護性等方面有明顯的優(yōu)勢，而且易學(xué)易用，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外，重要的一點是只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼的效率是非常高的。6.2 主程序主程序主要是設(shè)置

13、數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址為60H，模擬路數(shù)為8路，設(shè)置外部中斷方式是下降沿觸發(fā)，開總中斷，向ADC0809寫數(shù)據(jù)啟動AD轉(zhuǎn)換。開始設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址，模擬路數(shù)設(shè)外部中斷方式，開總中斷啟動AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)束，觸發(fā)中斷響應(yīng)中斷服務(wù)子程序T0中斷返回 結(jié)束 圖1 主流程圖的設(shè)計框架6.3中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序主要完成取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲，模擬路數(shù)自增1，存儲區(qū)自增1，判斷8路是否轉(zhuǎn)換完畢，若完畢則返回。T0中斷服務(wù)程序取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，存儲 DPTR,R0自增。R2自減否 R2=0？是 中斷返回 圖2 T0中斷服務(wù)程序流程圖匯編語言代碼ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INT_

14、T0ORG 0010HMAIN: MOV R0,#60H ;數(shù)據(jù)區(qū)起始地址送R0 MOV R2,#08H ;模擬量路數(shù) 8路 SETB EA SETB IT0 MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR,A ;啟動AD轉(zhuǎn)換 SJMP $ ;等待中斷INT_T0: MOVX A,DPTR MOV R0,A INC DPTR INC R0 DJNZ R2,LOOP CLR EA CLR EX0 RETILOOP: MOVX DPTR,A ;再次啟動 RETI ENDC語言代碼#include<reg52.h>#include<absacc.h>#define uch

15、ar unsigned char#define ADC0809 XBYTE0x7FF8/ADC0809的地址#define STO0809 PBYTE0x60/將采集來的8路數(shù)據(jù)存到內(nèi)存0x600x67中去uchar data R_data8=0;uchar i=0;uchar idata *p,*q;void Init() EA=1; CPU開總中斷 EX0=1; IT0=1; *p=ADC0809; *q=STO0809; ADC0809=0x00; /啟動ADC0809void main()Init()while(1) ;void Int_t0 interrupt 0 using 1 ACC=*p; R_datai=ACC; *q=ACC; /存入數(shù)據(jù)區(qū) p+; /模擬路數(shù)加1 q+; /存儲區(qū)指針加1 i+; /數(shù)據(jù)區(qū)指針加1 if(i=8) /判斷是否轉(zhuǎn)換完畢。轉(zhuǎn)換完畢關(guān)總中斷 EA=0; EX0=0（7） 操作