單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換

1、摘 要 AD轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電電壓或電電流變成與它成正比的數(shù)數(shù)字量，即能把被控對對象的各種模擬信息變成計(jì)計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信息。 本電路由AD轉(zhuǎn)換器，8255，單片機(jī)組成，其中AD轉(zhuǎn)換器器由ADC0809集成芯片組成。AD轉(zhuǎn)換器要將時(shí)間和幅值都連續(xù)的模擬量，轉(zhuǎn)換為時(shí)間、幅值都離散的數(shù)字量，一般要經(jīng)過取樣、保持和量化、編碼幾個(gè)過程。本設(shè)計(jì)與市場同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)相比，具有電路簡單、結(jié)構(gòu)合理、制作方便、工作可靠、功能齊全等優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：AD轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 8255目 錄 一、課程設(shè)計(jì)目的-1二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求-2三、芯片簡介-3 (一) A/D轉(zhuǎn)換芯片0809引腳圖與功能簡介（二）8051

2、單片機(jī)引腳圖與引腳功能簡介 （三）8255引腳圖及功能描述四、設(shè)計(jì)方案-10五、程序設(shè)計(jì)及硬件電路-11 （一）原程序 （二）修改后程序（三）硬件電路圖六、課程設(shè)計(jì)總結(jié)-14七、參考書目- 15一、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)際動手能力。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)具有綜合功能的小系統(tǒng)，使學(xué)生將課堂上學(xué)到的理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，對電子電路、電子元器件等方面的知識進(jìn)一步加深認(rèn)識，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)容與要求要求每個(gè)學(xué)生都要自己動手獨(dú)立設(shè)

3、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。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。設(shè)計(jì)目的：利用MCS-51芯片及相關(guān)芯片構(gòu)成AD轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)要求：1、用ADC轉(zhuǎn)換器完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換2、用LED數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果三、芯片簡介 (一) A/D轉(zhuǎn)換芯片0809引腳圖與功能簡介 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(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)部邏輯結(jié)構(gòu)    由下圖可知，

4、ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(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/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信

5、號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(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，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。    ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(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)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量

6、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000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(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。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為輸出允許信號，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

7、輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，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編程脈沖 ALE功能：用來鎖存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。 RST/VPD:復(fù)位

8、/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 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、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。（三）8255引腳圖及功能描述8255A引腳功能及管腳定義圖8255共有40個(gè)引腳,采用雙列直插式封裝,各引腳功能如下: RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有

9、內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè)4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。CS:片選信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。 RD:讀

10、信號線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。 D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。Vcc：+5V電源。6片選端 A1，A0 8，9 地址總線的最低2位。用于決定斷口地址：如A1A0為00，是A口：A1A0 為01，是B口：A1A0為10，是C口：A1A0 是11，是控制字寄存器 D7D0 2734 雙向數(shù)據(jù)總線 PA7P

11、A0 3740 14 A口的8位I/O引腳 PB7PB0 2518 B口的8位I/O引腳 PC7PC0 1013 1714 C口的8位I/O引腳GND：地線。8255的三種工作方式方式0（基本輸入/輸出方式）：這種工作方式不需要任何選通信號。A口，B口及C口的兩個(gè)4位口中任何一個(gè)端口都可以由程序設(shè)定為輸入或者輸出。作為輸出口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)被鎖存：作為輸入口,輸入數(shù)據(jù)不鎖存。方式1( 選通輸入/輸出方式)：在這種工作方式下，A，B，C三個(gè)口分為兩組。A組包括A口和C口的高四位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或者輸出口，C口的高四位則是用來作為A口輸入/輸出操作的控制和同步信號：B組包括B口和C口的低四位

12、，B口可由編程設(shè)定為輸入口或者輸出口，C口的低四位則是用來作為B口輸入/輸出操作的控制和同步信號。A口和B口的輸入或者輸出的數(shù)據(jù)都被鎖存。方式2( 雙向傳送方式)在這種方式下，A口可以用于雙向傳送，C口的PC3PC74用來作為輸入/輸出的控制同步信號。應(yīng)該注意的是，只有A口允許用作雙向傳送，這時(shí)B口和PC0PC2則可編程為方式0或者方式1工作。3）編程控制字   8255A 的編程選擇是通過對控制口輸入控制字的方式實(shí)現(xiàn)的?？刂谱钟蟹绞竭x擇控制字和C口置位/復(fù)位控制字。方式選擇控制字：其格式如下表6所示：C口置位/復(fù)位控制字：C口具有位操作功能，把一個(gè)置位/復(fù)位控制字送入送入

13、8255A的控制寄存器（控制口）就能把C口的某一位置1或者清0而不影響其他位的狀態(tài)。四、設(shè)計(jì)方案主要由三大模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊，8051單片機(jī)模塊和8段譯碼顯示模塊。首先，通過實(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，出入到單片機(jī)中；最終通過發(fā)光二極管L1-L8顯示出轉(zhuǎn)換結(jié)果【注】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，

14、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)束后會自動產(chǎn)生EOC信號(高電平有效)，取反后將其與單片機(jī)的INT0相連，可以用中斷方式讀取A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)果。五、程序設(shè)計(jì)及硬件電路（一）原程序：mode equ 082h ; 方式0，PA，PC輸出，PB輸入CS0809 equ 8000hPortA equ 9000h ; Port APortB equ 9001h ; Port BPortC equ 9002h ; Port CCAddr equ 9003h ; 控制字地址 org 0 mov dptr,#CAddr mov a,#mode movx

15、dptr,a mov dptr, #CS0809 mov a, #0 movx dptr, a ; 起動 A/D mov a, #40h djnz ACC, $ ; 延時(shí) > 100us movx a, dptr ; 讀入結(jié)果 mov r7,#100 dly: mov dptr,#PortA movx dptr,a djnz r7,dly ;延時(shí) ljmp 0 end（二）修改后程序：mode equ 89h ; 方式0，PA，PB輸出，PC輸入CS0809 equ 8000hPortA equ 9000hPortB equ 9001hPortC equ 9002hCAddr equ 9

16、003h org 0000H mov dptr,#CAddr mov a,#mode movx dptr,a mov dptr, #CS0809 mov a, #12H movx dptr, a loop:Mov TMOD,#01h Mov TH0,#0B1H Mov TL0,#0E0H SETB TR0 Loop1:JNB TF0,Loop1 CLR TF0 Loop2:movx a, dptr mov r7,#500 dly: mov dptr,#PortA movx dptr,a djnz r7,dly ljmp 0000h end（三）硬件電路圖： 六 、課程設(shè)計(jì)總結(jié) 我在這一次模數(shù)轉(zhuǎn)

17、換器的設(shè)計(jì)過程中，受益匪淺。通過對自己在單片機(jī)課堂上所學(xué)知識的回顧，結(jié)合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識，完成了目標(biāo)。 這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴經(jīng)驗(yàn)，還對電子電路、電子元器件等方面的知識進(jìn)一步加深認(rèn)識，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，學(xué)以致用，培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。 通過這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高了，才能夠?qū)⒄n本知識與實(shí)踐相結(jié)合。另外，遇到不懂的問題，或相互討論，或請教老師，不斷的攻克難關(guān)，就這樣一步一步的走向成功，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。七、參考書目（1）徐維祥、劉旭敏. 單片微型機(jī)原理及應(yīng)用. 大連：大連理工大學(xué)出版社，1996（2）李光飛、樓然苗、胡佳文、謝象佐. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)與實(shí)例指導(dǎo). 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，2004 （3）余永權(quán). 89系列FLASH單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京:電子工業(yè)出版社,2002（4）李群芳,黃建. 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社,2001（5）樓然苗、李光飛. 51系列