AD數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計

1、微機(jī)原理課程設(shè)計報告設(shè)計題目：A/D數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計 指導(dǎo)老師：王巍班級：溫玉娟（02號）原紅艷（03號） 張媛 （04號）完成日期：一. 課程設(shè)計目的通過課程設(shè)計，提高理論聯(lián)系實際的解決實際問題的能力；提高對接口技術(shù)等相關(guān)硬件知識的深入理解；掌握8255A 的控制字的設(shè)置、工作方式、編程原理和微機(jī)接口方法。加深理解逐次逼近法模數(shù)轉(zhuǎn)換器的特征和工作原理，掌握ADC0809的接口方法以及A/D輸入程序的設(shè)計和調(diào)試方法。熟悉ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的特性和接口方法，掌握A/D輸出程序的設(shè)計和調(diào)試方法，進(jìn)而提高動手能力和學(xué)習(xí)興趣為順利進(jìn)入畢業(yè)環(huán)節(jié)做必要的準(zhǔn)備。二. 課程設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一塊A/D卡，該卡具

2、有對05V的模擬電壓進(jìn)行采集功能的能力，該卡通過系統(tǒng)的I/O擴(kuò)展接口與微機(jī)系統(tǒng)連接。選用芯片：ADC0809等。 三. 設(shè)計要求畫出電路原理圖，說明工作原理，編寫利用該卡進(jìn)行256個數(shù)據(jù)的采集并顯示在顯示器上的程序.四. 概要設(shè)計ADC0809是一種8路模擬輸入、8位數(shù)字輸出的逐次逼近法A/D器件，轉(zhuǎn)換時間約100us ，轉(zhuǎn)換精度1/512到+1/512，適合于多路采集系統(tǒng)。ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出的數(shù)據(jù)鎖存器，故可以與8088微機(jī)總線直接接口。ADC0809的CLK 信號接系統(tǒng)的CLK 輸入，基準(zhǔn)電壓Vref(+接Vcc 。一般實際應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)該接精度+5v，以提高轉(zhuǎn)換精度，ADC080

3、9片選信號0809CS 和/IOW、/IOR經(jīng)邏輯組合后，去控制ADC0809的ALE 、START 、ENABLE 信號。ADC0809CS 連譯碼輸出的00H-0FH 。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC 接IOR 。本試驗以延時方式等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，ADC0809的通道號選擇線ADD-A 、ADD-B 、ADD-C 接系統(tǒng)數(shù)據(jù)線的低3位，因此ADC0809的8個通道值地址分別為00H 、01H 、02H 、03H 、04H 、05H 、06H 、07H 。調(diào)節(jié)電位器W1，以改變模擬電壓值，用ADC0809做A/D轉(zhuǎn)換，其模擬量與數(shù)字量對應(yīng)關(guān)系的典型值為+5VFFH 、2.5V 80H

4、、0V 00H 。譯碼器：通過一片SN74AHC138N 實現(xiàn)對ADC0809、DAC0832、8255A 三片芯片的選擇，138的OE1接+5v的Vcc 。OE2A 、OE2B 接地，通過AD4、AD5、AD6實現(xiàn)對芯片0809、0832、8255的選擇五. 實驗原理及程序流程圖1A/D轉(zhuǎn)換器的一般工作原理A/D轉(zhuǎn)換方法很多，最常用的有以下兩種：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積公式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的主要原理為：將一個待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號VIN 與一個“推測”信號V1相比較，根據(jù)推測信號是大于還是小于輸入信號來決定減小還是增大該推測信號，以便模擬輸入信號逼近。推測信號由D/A變

5、換器的輸出獲得，當(dāng)推測信號與模擬輸入信號“相等”時，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字即為對應(yīng)的模擬輸入的數(shù)字。其“推測”的算法是這樣的，它使二進(jìn)制計數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)的每一位從最高位起依次置1。每接一位時，都要進(jìn)行測試。若模擬輸入信號VIN 小于推測信號V1，則比較器的輸出為零，并使該位置零；否則比較器的輸出為1，并使該位保持1。無論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時在D/A變換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)于模擬輸入信號的數(shù)字量，將此數(shù)字輸出，即完成其A/D轉(zhuǎn)換過程。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器先對未知的輸入電壓進(jìn)行固定時間的積分，然后轉(zhuǎn)為對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回到起始值。則對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行

6、積分的時間T 正比于輸入模擬電壓。輸入電壓大，則反向積分時間長。用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖來測量這個時間，即可得到相應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，一般在幾微秒到上百微秒之間，但成本較高。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器容易做到較高的分辨率（位數(shù)），抗擾性能好，對時間和溫度也有較好的穩(wěn)定性，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度比逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器要慢得多（尤其在位數(shù)較多的情況下）。2A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)及其連接特性由A/D轉(zhuǎn)換器一般工作原理分析得知其轉(zhuǎn)換性能的主要參數(shù)有：（1）分辨率：指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小模擬電壓值，如果要再小于這個電壓值，則A/D轉(zhuǎn)換器就分辨不出來。（2）轉(zhuǎn)換時間：

7、指從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，所得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時間。A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性： A/D轉(zhuǎn)換芯片一般具有輸入/輸出信號線為：轉(zhuǎn)換啟動線，由系統(tǒng)控制器發(fā)出的控制信號，表明A/D轉(zhuǎn)換立即開始； 轉(zhuǎn)換結(jié)束線，轉(zhuǎn)換完畢后由ADC 發(fā)出的狀態(tài)信號，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束，用它申請中斷或DMA 傳送，或作查詢信號之用；模擬信號輸入線，來自被轉(zhuǎn)換的對象，有單通道輸入與多通道輸入之分；數(shù)字量輸出線，由ADC 送給CPU 的數(shù)據(jù)線。3ADC0809芯片ADC0809是CMOS 材料的8位單片A/D轉(zhuǎn)換器件。片內(nèi)有8路模擬開關(guān)、模擬開關(guān)的地址鎖存與譯碼電路、比較器、256R 電阻T 型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次

8、逼近寄存器SAR 、三態(tài)輸出鎖存緩沖器、控制與時序電路等。ADC0809通過引腳IN0、IN1、IN7可輸入8路單片模擬輸入電壓。ALE 將三位地址線ADDA 、ADDB 、ADDC 進(jìn)行鎖存，然后由譯碼器選通8路中的一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器輸出對應(yīng)于數(shù)字量最高位的D7，對應(yīng)于最低位D0。OE 端為輸出允許信號，當(dāng)OE 端為最高電平時，將三態(tài)輸出鎖存器中的數(shù)字量放在數(shù)據(jù)總線上，以供CPU 讀入。 START 和EOC 分別為啟動信號和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，EOC 用來申請中斷。ADC0809芯片 引腳圖48255芯片8255是可編程I O 口擴(kuò)展芯片。對8255輸入不同的指令可改變I O口的

9、工作方式。8255與單片機(jī)系統(tǒng)連接方式簡單，工作方式由程序設(shè)定。8255內(nèi)部有4個寄存器：分別為寄存器A 、B 、C 和控制寄存器。A 、B 、C 寄存器的數(shù)據(jù)就是引腳PA7PA0、PB7PB0、PC7PC0上輸入或輸出的數(shù)據(jù)。而控制寄存器的數(shù)據(jù)則表明PA 、PB 、PC 的工作方式。通過CS 、A0、A1、RD 和WR 對4個寄存器進(jìn)行操作。1）CS 為低電平時選通8255；2）A1、A0為地址選通；3）RD 和WR 為讀、寫信號：RD 為低、WR 為高時為讀方式，RD 為高、WR 為低時為寫方式。4）D0D7為數(shù)據(jù)口。向控制寄存器寫入不同的數(shù)據(jù)可以使8255工作在三種不同的方式下。這里只介

10、紹應(yīng)用最多的方式0。方式0下8255的PA 、PB 及PC 口上半部分（PC7PC4）和下半部分（PC3PC0）中任何一個端口都可以設(shè)定為輸入或輸出，PC 口還可以進(jìn)行位操作。RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時，所有內(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。CS:片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU 進(jìn)行通訊。RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，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)這個輸入引腳為低電平時，允許CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。

11、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，通過它實現(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。PA0PA7:端口A 輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0PB7:端口B 輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7:端口C 輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個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4位的端口， 每個4位的端口包含一個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。8

12、255方式0是基本輸入/輸出方式，A 、B 、C 三個口中任何一個口都可提供簡單的輸入和輸出操作，不需要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，即可用于無條件傳送的場合，也可以用作查詢方式傳送。當(dāng)采用查詢方式傳送時，原則上可用A 、B 和C 三個口的任一位充當(dāng)查詢信號，但通常都是選用C 口充當(dāng)查詢信號，這和C 口的編程有關(guān)。通常把C 口的4位(高4位或低4位 規(guī)定為輸出口，用以輸出一些控制信號，把C 口的另4位規(guī)定為輸人口，用以輸入外設(shè)的狀態(tài)。方式1是一種選通輸人偷出方式，A 口和B 口均可工作在這種方式。方式1可作為查詢式傳送方式，此時握手聯(lián)絡(luò)信號，C 口要用6位(分成兩個3位 分別作為A 口和B 口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號。

13、方式1也可用作中斷方式，此時要寫對應(yīng)的C 口的按位置位字，打開中斷。 方式2是A 口獨(dú)有的雙向傳送方式，一般使用中斷傳送方式。5流程圖 主程序流程圖：1 、初始化8255：A,B,C 均為方式0,A 入B 出,CL 入。由工作方式可得到，控制字為91H 從電路圖可知A 口地址為37BH ； 2 、A/D轉(zhuǎn)化：256個數(shù) 要設(shè)置一個256次的循環(huán)； 每次循環(huán)應(yīng)包括： 選擇通道0；ALE 信號產(chǎn)生上升沿；START 信號產(chǎn)生下降沿；判斷EOC 的狀態(tài), 若為0表示這種轉(zhuǎn)換結(jié)束, 若不為0繼續(xù)等待EOC 直到其狀態(tài)為0 ；將轉(zhuǎn)換結(jié)果, 從8255的A 口輸入到AL 中, 再將AL 中的內(nèi)容存入存儲器

14、中。 子流程圖：（1）顯示高四位1）、流SI 中的值存放在AL 中, 由于后面的顯示低4位時還用到AL 中的數(shù)據(jù), 所以先將AL 中的數(shù)據(jù)存放到BX 中已備后面調(diào)用,AL 中的高4位保持低4位置0, 由于該程序中循環(huán)用到CX 中的內(nèi)容所以需用CX 時得保護(hù)CX 中的內(nèi)容, 將AL 中的數(shù)據(jù)左移4位,AL 中的內(nèi)容加上30H, 判斷AL 中的值與39H 進(jìn)行比較, 若(AL<=39H則直接顯示, 否則將AL 中的值加上07H 然后再在屏幕上顯示。 2）流程圖 （2）顯示低四位1）、將AL 中低4位保持. 高4位置0,AL 中的內(nèi)容加30H, 由于015在ASCII 中用09,A F 表示,

15、 故需要判斷低4位 表示的ASCII 是09還是A F, 若是09直接在屏幕上顯示, 若是A F 則需將AL 中的值加上07H 再在屏幕上顯示。六：原程序：DATA SEGMENTRESULT DB 256 DUP(? DATA ENDS CODE SEGMENTASSUME CS:CODE, DS:DATAINT_8255 PROC NEAR ;8255初始化 MOV DX,37BHMOV AL,91H ;A,B,C均為方式0,A 入B 出,cL 入OUT DX,AL RETINT_8255 ENDPSTART: MOV AX,SEG DATA MOV DS,AXMOV SI,OFFSET

16、DATACALL INT_8255 ;8255初始化 MOV BL,0 ;選擇通道0 MOV CX,256 AGAIN: MOV AL,BL MOV DX,379HOUT DX,AL ;送通道地址 OR AL,10HOUT DX,AL ;送ALE 信號(上升沿 AND AL,0EFHOUT DX,AL ;輸出START 信號(下降沿 MOV DX,37AHWAIT1: IN AL,DX ;讀EOC 狀態(tài) AND AL,02HJZ WAIT1 ;若EOC 為低電平則等待 MOV AL,BL MOV DX,379H OR AL,20HOUT DX,AL ;EOC端為高電平則輸出讀允許信號；OE=1

17、MOV DX,378HIN AL,DX ;讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果MOVSI,AL ;將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送存儲器 INC SI ;修改指針 LOOP AGAIN DISPLAY: MOV AL,SI MOV BX, ALAND AL,0F0H ;高位十六進(jìn)制轉(zhuǎn)ASCII 碼 PUSH CX MOV CL,04H SHR AL ,CL微機(jī)原理課程設(shè)計 POP CX ADD AL, 30H CMP AL, 39H JBE AS1 ADD AL, 07H JMP AS1 AS1: MOV DL,AL MOV AH, 02H INT 21H MOV AL, BX AND AL, 0FH ADD AL, 30H CMP

18、 AL, 39H JBE AS2 ADD AL, 07H JMP AS2 AS2: MOV DL,AL MOV AH, 02H INT 21H MOV DL,20H MOV AH,02H INT 21H INC SI LOOP DISPLAY MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END START 七：硬件連接圖 1、電路圖模塊設(shè)計思路 本設(shè)計采用的芯片有 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0809,并行接口芯片 8255,以及用于譯碼 ;返回 DOS ;顯示兩個空格 ;顯示低位 ;顯示高位 11 微機(jī)原理課程設(shè)計 的 74LS138.基本采集過程如下:外界模擬信號通過 AD 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的 0 通道 輸入,由于需要采集 256 個模擬量,所以需要輸入 256 次.輸入的模擬量經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,然后通過并行接口 8255,輸入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行處理. 外界模 擬信號 數(shù) 字 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 信號 并行 接口 8255 數(shù) 字 信號 計算 機(jī) 系統(tǒng) 12 微機(jī)原理課程設(shè)計 八：設(shè)計總結(jié)： 設(shè)