項目10數(shù)模接口擴展的設計與制作

項目十數(shù)模轉換接口擴展的設計與制作單片機原理與應用（C語言版）嵌入式開發(fā)初級目錄10.1項目要求與分析10.4

項目詳細設計10.6項目小結10.7

項目拓展10.2

項目理論知識10.3

項目概要設計10.5

項目實施10.1項目要求與分析10.1.1項目要求在數(shù)字電壓計項目中，除了存儲器部分、顯示接口部分和鍵盤部分，還需要模數(shù)轉換芯片，用于獲取電壓值。（1）單片機和模數(shù)轉換芯片連接；（2）模數(shù)轉換芯片能將模擬電壓值轉換成數(shù)字電壓值，送至顯示接口電路部分顯示；（3）獲得的數(shù)字電壓值保存到數(shù)據(jù)存儲器中，并能夠讀取查看。10.1項目要求與分析10.1.2項目要求分析根據(jù)項目要求的內容，需要滿足以下要求，才可以完成項目的設計。（1）硬件功能要求：系統(tǒng)由單片機、數(shù)字存儲器、LCD1602、3個按鍵和模數(shù)轉換芯片組成，完成單片機和模數(shù)轉換芯片的連接；（2）軟件功能要求：完成模數(shù)轉換芯片的軟件控制功能；10.1項目要求與分析模擬量輸入輸出通道是單片機與控制對象之間的重要接口。（1）A/D轉換器即模/數(shù)轉換器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）：將模擬量信號轉換成數(shù)字量信號的器件。是模擬量輸入通道的核心器件。（2）D/A轉換器即數(shù)/模轉換器（DigitaltoAnalogConverter，DAC）：將數(shù)字量信號轉換為模擬量信號的器件。是模擬量輸出通道的核心器件。10.1項目要求與分析對于數(shù)模轉化電路的擴展采用非總線擴展方法為了實現(xiàn)上述功能要求，應該掌握以下知識：（1）常用的數(shù)模轉換芯片及工作原理；（2）單片機和數(shù)模轉換芯片的硬件連接及軟件訪問控制；（3）常用的模數(shù)轉換芯片及工作原理；（4）單片機對模數(shù)轉換芯片的硬件連接及軟件訪問控制。10.1項目要求與分析為了實現(xiàn)上述功能要求，應該具備以下能力：（1）能夠使用Proteus軟件的實現(xiàn)硬件功能要求；（2）能夠使用Keil軟件的實現(xiàn)軟件功能要求：完成對模數(shù)轉換芯片的的訪問控制；（3）能夠使用Keil軟件和Proteus軟件的聯(lián)調開發(fā)環(huán)境完成整個項目設計，實現(xiàn)要求。10.2項目理論知識10.2.1D/A轉換芯片DAC0832D/A轉換器輸入的是數(shù)字量，輸出的是模擬量，完成數(shù)字量→模擬量的轉換

圖DAC轉換的原理圖D/A轉換器的原理：把輸入數(shù)字量中每位都按其權值分別轉換成模擬量，并通過運算放大器求和相加，模擬量輸出的關系式如下：Vout=B×C10.2項目理論知識有關D/A轉換器的性能指標如下：（1）分辨率：是指輸入數(shù)字量發(fā)生變化時，所對應的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。（2）轉換精度：由D/A轉換器引入的輸出與輸入之間的誤差。分為絕對轉換精度和相對轉換精度。（3）轉換速率/建立時間：轉換速率實際是由建立時間來反映的。建立時間是指當D/A轉換器輸入數(shù)字量有滿刻度變化時，從輸入數(shù)字量到輸出模擬量達到與終值相差±1/2LSB（最低有效位）相當?shù)哪M量值所需的時間。10.2項目理論知識1．單片機和D/A轉換芯片DAC0832的硬件連接DAC0832是一個8位D/A轉換器。DAC0832轉換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列圖如圖12-1所示。

圖12-1DAC0832引腳圖10.2項目理論知識編號符號引腳說明編號符號引腳說明1/CS片選信號11VCC電源2/WR1第1寫信號12ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號3AGND模擬地13/WR2第2寫信號4DI3轉換數(shù)據(jù)輸入14/XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號5DI2轉換數(shù)據(jù)輸入15DI4轉換數(shù)據(jù)輸入6DI1轉換數(shù)據(jù)輸入16DI5轉換數(shù)據(jù)輸入7DI0轉換數(shù)據(jù)輸入17DI6轉換數(shù)據(jù)輸入8Vref基準電壓18DI7轉換數(shù)據(jù)輸入9Rfb反饋電阻端19Iout2電流輸出210DGND數(shù)字地20Iout1電流輸出110.2項目理論知識2.單片機對D/A轉換芯片DAC0832的訪問控制DAC0832進行D/A轉換，有如下3種工作方式：（1）直通方式：適用于連續(xù)反饋控制線路中。此方式下，DAC0832必須通過I/O接口與CPU連接。

（2）單緩沖方式：適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。（3）雙緩沖方式：適用于多個D/A轉換同步輸出的情形。10.2項目理論知識10.2.2A/D轉換芯片ADC0832A/D轉換器用于實現(xiàn)模擬量→數(shù)字量的轉換。常用的是雙積分式A/D轉換器和逐次逼近式A/D轉換器。（1）積分型A/D轉換器積分型ADC是一種間接式A/D轉換器，其工作原理是先將輸入模擬電壓轉換成中間量（時間T或頻率f），然后由定時器/計數(shù)器把中間量轉換成數(shù)字值。（2）逐次逼近型A/D轉換器逐次逼近型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從數(shù)據(jù)的最高位MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。10.2項目理論知識有關A/D轉換器的性能指標如下：（1）分辨率：是指輸入模擬量（常為電壓）發(fā)生變化時，所對應的輸出數(shù)字量的變化量。（2）轉換誤差轉換誤差通常是以輸出誤差的最大值形式給出。它表示A/D轉換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。（3）轉換時間轉換時間是指A/D轉換器從轉換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。10.2項目理論知識1．單片機和A/D轉換芯片ADC0832的硬件連接ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。

編號符號引腳說明編號符號引腳說明1片選信號5DI數(shù)字數(shù)據(jù)輸入2CH0模擬輸入通道06DO數(shù)字數(shù)據(jù)輸出3CH1模擬輸入通道17CLK時鐘信號4GND地8VCC/Vref電源/參考電壓輸入10.2項目理論知識2．單片機對A/D轉換芯片ADC0832的訪問控制正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4個引腳，分別是

、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一起使用。當ADC0832未工作時

輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將

使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由單片機向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。10.3項目概要設計10.3.1數(shù)字電壓計項目的數(shù)模轉換接口擴展除了單片機外接的數(shù)據(jù)存儲器、液晶LCD和鍵盤，需要外接A/D轉換器部分，這部分需要單片機控制。項目的主要設計內容是：（1）進行硬件電路設計時，需要考慮A/D轉換器和單片機連接的I/O端口。（2）進行軟件設計時，需要考慮如何控制A/D轉換器，如何獲得A/D轉換數(shù)據(jù)。10.3項目概要設計10.3.2硬件電路的概要設計有關數(shù)字電壓計項目的數(shù)模轉換接口擴展的硬件電路的概要設計內容：（1）A/D轉換器控制線部分/CS片選信號，低電平有效。連接至單片機的P3.3引腳。

CLK時鐘信號：連接至單片機的P3.4引腳，用于控制A/D轉換的過程。（2）A/D轉換器數(shù)據(jù)輸入部分模擬信號輸入：采用CH0通道輸入電壓值，連接至可調電阻。數(shù)字信號輸出：通過DO引腳輸出轉換后的數(shù)字信號，連接至單片機的P3.5引腳數(shù)字信號輸入：將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。10.3項目概要設計10.3.3軟件程序的概要設計有關數(shù)字電壓計項目的數(shù)模轉換接口擴展的軟件設計的軟。軟件設計的重點是：如何判定按下的鍵，以及SET鍵的功能處理、UP鍵的功能處理和DOWN鍵的功能處理。10.4項目詳細設計10.4.2硬件電路的詳細設計根據(jù)數(shù)字電壓計項目的數(shù)模轉換接口擴展的硬件電路的概要設計，詳細的電路設計如下：根據(jù)圖所示的硬件電路，可以看出：（1）模擬信號輸入部分：這部分電路由可調電阻RV1、電壓表構成，其中可調電阻用于調節(jié)輸入的模擬電壓量，電壓表用于測量輸入的模擬電壓量。模擬電壓量采用CH0通道輸入。（2）數(shù)字信號輸出部分：這部分電路通過DO引腳輸出轉換后的數(shù)字信號，連接至單片機的P3.5引腳。10.4項目詳細設計10.4.3軟件程序的詳細設計根據(jù)數(shù)字電壓計項目的數(shù)模轉換接口擴展的軟件概要設計，軟件部分的設計主要是：ADC0832的控制。10.5項目實施根據(jù)上述有關項目的詳細設計，現(xiàn)在使用Proteus軟件實現(xiàn)系統(tǒng)設計。設計步驟如下：第一步，打開設計；添加元器件；第二步，放置對象（包括元器件和電源終端）并布局；編輯修改元器件參數(shù)；放置連線，連接對象，建立原理圖。序號庫參考名稱庫描述1ADC0832NATDAC8-bitserialIOADC1POT-HGACTIVEHighgranularityinteractivepotentiometer10.5項目實施10.5.2軟件程序的實施有關項目的軟件程序的實施，具體步驟如下：第一步，打開項目工程；第二步，新建ADC0832子程序源文件并編輯；第三步，將新建的ADC0832子程序源文件添加到主程序文件中，

在main主函數(shù)中添加ADC調用程序語句；10.6項目仿真與調試10.6.1項目仿真仿真的具體步驟如下：第一步，查看存儲器電路的工作狀態(tài)；第二步，查看顯示電路的工作狀態(tài)；第三步，