單片機課程設計AD轉換

1、- 1 - 目錄 一、課程設計目的-2 二、課程設計內容與要求-2 三、芯片簡介-3 (一) a/d 轉換芯片 0809 引腳圖與功能簡介 （二）8051 單片機引腳圖與引腳功能簡介 （三）8155 引腳圖及功能描述 四、設計方案及程序流程圖 -10 五 、子模塊設計及硬件電路連接-12 （一）a/d 轉換模塊 （二）單片機模塊 （三）數(shù)碼管動態(tài)掃描模塊 六、總程序-19 七 、課程設計總結-23 1收獲與體會 2遇到的問題及解決 八、參考書目- 24 - 2 - 一、課程設計目的一、課程設計目的 單片機課程設計的目的就是要鍛煉學生的實際動手能力。在 理論學習的基礎上，通過完成一個具有綜合功能

2、的小系統(tǒng)，使學 生將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，對電子電路、 電子元器件等方面的知識進一步加深認識，同時在軟件編程、調 試、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高， 為今后能夠獨立設計單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)設計工作打下一定的 基礎。 二、課程設計內容與要求二、課程設計內容與要求 要求每個學生（或小組）都要自己動手獨立設計完成一個典 型的單片機應用小系統(tǒng)。設計題目由指導教師提供，也可以自己 選擇設計題目，但難度不應小于參考題目，需經指導教師審查后 方可確定是否采納。一般 4 人為一小組。 課程設計的時間為 1 周。設計的最終作品包括硬件和軟件兩 個部分，要求能夠演示并達到設

3、計指標的要求。每個學生（或小 組）在作品完成后，要經指導教師檢查通過后才算完成。課程設 計報告每個學生一份，獨立完成。 設計目的：利用 mcs-51 芯片及相關芯片構成模擬溫度檢測。 設計要求： 1、由可變電阻產生 05v 連續(xù)變化的模擬信號代表溫度 0100 度。 2、用 adc 轉換器完成模擬量到數(shù)字量的轉換。 3、用 led 數(shù)碼管顯示檢測溫度結果并精確到小數(shù)點后一位 - 3 - 三、芯片簡介三、芯片簡介 （一）a/d 轉換模塊 adc0809 是帶有 8 位 a/d 轉換器、8 路多路開關以及微處 理機兼容的控制邏輯的 cmos 組件。它是逐次逼近式 a/d 轉換 器，可以和單片機直接

4、接口。 （1）adc0809 的內部邏輯結構 由下圖可知，adc0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址 鎖存與譯碼器、一個 a/d 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 a/d 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 a/d 轉換完的數(shù) 字量，當 oe 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換 完的數(shù)據(jù)。 （2） adc0809 引腳結構 - 4 - 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。

5、 ref（-）：參考電壓負端。 start：a/d 轉換啟動信號輸入端。 ale：地址鎖存允許信號輸入端。 （以上兩種信號用于啟動 a/d 轉換）. eoc：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結 束時為高電平。 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，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程 - 5 - 中應該保持不變，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

6、許輸入線，高電平有效。當 ale 線為 高電平時，地址鎖存與譯碼器將 a，b，c 三條地址線的地址信 號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 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 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 111in7 數(shù)字量輸出及控制線：11 條 st 為轉換啟動信號。當 st 上跳沿時，所有內部寄存器 清零；下跳沿時，開始進行 a/d 轉換；在轉換期間，st 應保持 低電平。eoc 為轉換結束信號。當 eoc 為高電

7、平時，表明轉換 - 6 - 結束；否則，表明正在進行 a/d 轉換。oe 為輸出允許信號，用 于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。oe1， 輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 d7d0 為數(shù)字量輸出線。 clk 為時鐘輸入信號線。因 adc0809 的內部沒有時鐘電路， 所需時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 單片機引腳圖與引腳功能簡介 電源: vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端； 時鐘: xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線: 控

8、制線共有 4 根， ale/prog:地址鎖存允許/片內 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:復位/備用電源。 rst（reset）功能：復位信號輸入端。 vpd 功能：在 vcc 掉電情況下，接備用電源。 - 7 - ea/vpp:內外 rom 選擇/片內 eprom 編程電源。 ea 功能：內外 rom 選擇端。 vpp 功能：片內有 eprom 的芯片，在 eprom 編程期 間，施加編程電源 vpp。

9、i/o 線 80c51 共有 4 個 8 位并行 i/o 端口：p0、p1、p2、p3 口， 共 32 個引腳。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）8155 引腳圖及功能描述 8155 有 40 個引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖和組成框 圖如下頁圖所示。 - 8 - 我們對 8155 的引腳分類說明如下： 地址/數(shù)據(jù)線 ad0ad7（8 條）：是低 8 位地址線和數(shù)據(jù) 線的共用輸入總線，常和 51 單片機的 p0 口相連，用于分時傳 送地址數(shù)據(jù)信息，當 ale=1 時，傳送的是地址。 i/o 口總線（22 條）：pa0pa7、pb0pb7 分別為

10、 a、b 口線，用于和外設之間傳遞數(shù)據(jù)；pc0pc5 為 c 端口線，既可 與外設傳送數(shù)據(jù)，也可以作為 a、b 口的控制聯(lián)絡線。 (3) 控制總線（8 條）： reset：復位線，通常與單片機的復位端相連，復位后， 8155 的 3 個端口都為輸入方式。 wr, rd：讀/寫線，控制 8155 的讀、寫操作。 ale：地址鎖存線，高電平有效。它常和單片機的 ale 端 相連，在 ale 的下降沿將單片機 p0 口輸出的低 8 位地址信息鎖 存到 8155 內部的地址鎖存器中。因此，單片機的 p0 口和 8155 連接時，無需外接鎖存器。 cs：片選線，低電平有效。 io/m：ram 或 i/o

11、 口的選擇線。當=0 時，選中 8155 的 256 b ram；當=1 時，選中 8155 片內 3 個 i/o 端口以及命令/狀 態(tài)寄存器和定時/計數(shù)器。 timerin、timerout：定時/計數(shù)器的脈沖輸入、輸出線。 timerin 是脈沖輸入線，其輸入脈沖對 8155 內部的 14 位定時/ 計數(shù)器減 1；為輸出線，當計數(shù)器計滿回 0 時，8155 從該線輸出 脈沖或方波，波形形狀由計數(shù)器的工作方式決定。 - 9 - .作片外 ram 使用 當 ce=0，io/m=0 時，8155 只能做片外 ram 使用，共 256 b。其尋址范圍由以及 ad0ad7 的接法決定，這和前面講到

12、的片外 ram 擴展時討論的完全相同。當系統(tǒng)同時擴展片外 ram 芯片時，要注意二者的統(tǒng)一編址。對這 256 b ram 的操作 使用片外 ram 的讀/寫指令“movx” 。 作擴展 i/o 用 當 ce=0，io/m=1 時，此時可以對 8155 片內 3 個 i/o 端口 以及命令/狀態(tài)寄存器和定時/計數(shù)器進行操作。與 i/o 端口和計 數(shù)器使用有關的內部寄存器共有 6 個，需要三位地址來區(qū)分。 - 10 - 四、設計方案及程序流程圖四、設計方案及程序流程圖 數(shù)據(jù)采集，主要由三大模塊組成：a/d 轉換模塊，8051 單 片機模塊和七段譯碼顯示模塊。 首先，通過實驗箱產生 0-5v 可調電

13、壓；然后，將 0-5v 可調 電壓輸入 a/d 轉換進行數(shù)模轉換，將 0-5v 的模擬量轉換成 00h-ffh 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用溫度傳感器，但試驗設備不足，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。 - 11 - 開始 a/d轉 換啟動 延時 取a/d 輸出 倍率轉 換 bcd碼 轉換 動態(tài)掃 描顯示 延時 - 12 - 五、子模塊設計及硬件電路連接五、子模塊設計及硬件電路連接 （一）（一）a/da/d 轉換模塊：轉換

14、模塊： （1）a/d 轉換原理圖及硬件電路連線圖示 - 13 - （2）實驗內容與步驟 利用實驗儀上的 0809 做 a/ d 轉換實驗，zh(實驗儀上 的 w1 電位器提供模擬量輸入。編制程序，將模擬量轉換成數(shù)字 量，通過發(fā)光二極管 l1-l8 顯示。 a/ d 轉換器大致分有三類：一是雙積分 a/ d 轉換器，優(yōu)點 是精度高，抗干擾性好，價格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式 a/ d 轉換器，精度、速度、價格適中；三是并行 a/ d 轉換器， 速度快，價格也昂貴。實驗用 adc0809 屬第二類，是 8 位 a/ d 轉換器。每采集一次一般需 100s。由于 adc0809 a/ d 轉換

15、器轉換結束后會自動產生 eoc 信號(高電平有效)，取反后將其與 8031 的 int0 相連，可以用中斷方式讀取 a/ d 轉換結果。 把 a/d 區(qū) 0809 的 0 通道 in0 用插針接至 w1 的中心抽頭 v01 插孔(0-5v)。 0809 的 clk 插孔與分頻輸出端 t4 相連。 將 w2 的輸入 vin 接+12v 插孔，+12v 插孔再連到外置電源 的+12 上(電源內置時，該線已連好)。調節(jié) w2，使 v ref端為 +5v。 將 a/d 區(qū)的 vref連到 w2 的輸出 vref端。 exic1 上插上 74ls02 芯片，將有關線路按圖連好。 將 a/d 區(qū) d0-d

16、7 用排線與 bus1 區(qū) xd0-xd7 相連。 將 bus3 區(qū) p3.0 用連到數(shù)碼管顯示區(qū) data 插孔。 將 bus3 區(qū) p3.1 用連到數(shù)碼管顯示區(qū) clk 插孔。 單脈沖發(fā)生/sp 插孔連到數(shù)碼管顯示區(qū) clr 插孔。 仿真實驗系統(tǒng)在p.狀態(tài)下。 - 14 - 以連續(xù)方式從起始地址 06d0 運行程序，在數(shù)碼管上顯示 當前采集的電壓值轉換后的數(shù)字量，調節(jié) w1 數(shù)碼管顯示將隨著 電壓變化而相應變化，典型值為 0-00h，2.5v-80h，5v-ffh。 （3）參考程序 org 06d0h start: mov a,#00h mov dptr,#9000h movx dptr,

17、a mov a,#00h mov sbuf,a mov sbuf,a movx a,dptr disp: mov r0,a anl a,#0fh lp: mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov sbuf,a mov r7,#0fh h55s:djnz r7,h55s mov a,r0 swap a anl a,#0fh movc a,a+dptr mov sbuf,a - 15 - mov r7,#0fh h55s1:djnz r7,h55s1 lcall delay ajmp start tab:db 0fch,60h,0dah,0f2h,66h,0b6h,0beh,

18、0e0h db 0feh,0f6h,0eeh,3eh,9ch,7ah,9eh,8eh delay:mov r6,#0ffh dely2:mov r7,#0ffh dely1:djnz r7,dely1 djnz r6,dely2 ret end （二）單片機處理模塊（二）單片機處理模塊 （1）單片機處理模塊功能 由于本設計由可變電阻產生 05v 連續(xù)變化的模擬信號代表溫度 0100 度，于是由單片機來完成由 a/d 轉換來的數(shù)字量到數(shù)碼管 能顯示的 bcd 碼的轉換，由可變電阻產生 05v 連續(xù)變化的模 擬信號代表溫度 0100 度的公式為 x=d*1000/255=d*4，其中因 要顯示到小

19、數(shù)點后一位所以多乘以 10，a/d 轉換輸出值為 d （2）單片機處理程序參考 1） 取 a/d 轉換輸出值 d sta: mov a, dptr 2）延時程序 - 16 - mov r6,#0c8h loop1: mov r7,#0f8h nop loop2: djnz r7,loop2 djnz r6,loop1 3） 倍率程序 mov b, #04h ;將從 ad 轉換器輸出的數(shù)字量乘 4 mul ab mov 40h, a mov a, b mov 41h, a 4） bcd 碼轉換程序 bmbcd: mov r0, #40h ;被轉換數(shù)在 40h 開始的 2 個單 元中,共 2 個字

20、節(jié) mov r7, #02h ;2 個字節(jié) mov r1, #4ah ;轉換后的 bcd 碼在 4ah 開始 的 3 個單元中 mov a, r0 mov r5, a mov a, r1 mov r6, a mov a, r7 mov r3, a inc r3 clr a clbcd: mov r1, a inc r1 djnz r3, clbcd mov a, r7 mov b, #08h - 17 - mul ab mov r3, a lpp0: mov a, r5 mov r0, a mov a, r7 mov r2, a clr c lpp1: mov a, r0 rlc a mov

21、r0, a inc r0 djnz r2, lpp1 mov a, r6 mov r1, a mov a, r7 mov r2, a inc r2 lpp2: mov a, r1 addc a, r1 da a mov r1, a inc r1 djnz r2, lpp2 djnz r3, lpp0 mov a, r6 mov r1 , a mov r2, #03h mov r0, 4ah mov r1, #79h loop3: mov a, r0 anl a, #0fh mov r1, a mov a, r0 swap a anl a, #0fh inc r1 mov r1, a - 18

22、- loop4: inc r0 inc r1 djnz r2, loop3 （三）數(shù)碼管動態(tài)掃描模塊及其硬件電路連接圖（三）數(shù)碼管動態(tài)掃描模塊及其硬件電路連接圖 8155 芯片，控制口地址：ff20h，a 口(字位)：ff21h，b 口 (字段)：ff22h。本實驗不需硬件連線，閱讀如下硬件原理圖了 解連接原理，連續(xù)運行程序后，觀察 led 顯示結果。原理圖如下： 參考程序 org 00000h mov a,#03h ；控制字，a,b 口輸出 mov dptr,#0ff20h ；控制口地址 movx dptr,a - 19 - mov 7eh,#01h ；顯示緩沖區(qū)高位. . mov 7dh,

23、#02h ；送要的顯示字符 mov 7ch,#03h mov 7bh,#04h mov 7ah,#05h mov 79h,#06h dir： mov r0,#79h ；設緩沖區(qū)指針 mov r3,#01h ；設字位，最低位 mov a,#00h ；關顯示 mov dptr,#0ff21h ；字位口 movx dptr,a ld1: mov a,r0 ；取顯示字符 mov dptr,#seg movc a,a+dptr mov dptr,#0ff22h movx dptr,a ；字段口輸出 mov dptr,#0ff21h ；設置字位口 mov a,r3 movx dptr,a ；輸出 mov

24、r7，#0ffh ；延時 djnz r7，$ inc r0 ；緩沖區(qū)指針加一 jb acc.5，ld2 ；左移，是否是 顯示最高位 rl a mov r3，a sjmp ld1 ld2: sjmp dir seg: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h, db 80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,84h 六、總程序六、總程序 org 06d0h start: mov a, #00h mov dptr, #9000h - 20 - movx dptr, a mov r6, #0c8h loop1: mov r7, #0f8h no

25、p loop2: djnz r7, loop2 djnz r6, loop1 sta: mov a, dptr mov b, #04h ;將從 ad 轉換器輸出的數(shù)字量乘 4 mul ab mov 40h, a mov a, b mov 41h, a bmbcd: mov r0, #40h ;被轉換數(shù)在 40h 開始的 2 個單 元中,共 2 個字節(jié) mov r7, #02h ;2 個字節(jié) mov r1, #4ah ;轉換后的 bcd 碼在 4ah 開始 的 3 個單元中 mov a, r0 mov r5, a mov a, r1 mov r6, a mov a, r7 mov r3, a i

26、nc r3 clr a clbcd: mov r1, a inc r1 djnz r3, clbcd mov a, r7 mov b, #08h mul ab mov r3, a lpp0: mov a, r5 mov r0, a - 21 - mov a, r7 mov r2, a clr c lpp1: mov a, r0 rlc a mov r0, a inc r0 djnz r2, lpp1 mov a, r6 mov r1, a mov a, r7 mov r2, a inc r2 lpp2: mov a, r1 addc a, r1 da a mov r1, a inc r1 dj

27、nz r2, lpp2 djnz r3, lpp0 mov a, r6 mov r1 , a mov r2, #03h mov r0, 4ah mov r1, #79h loop3: mov a, r0 anl a, #0fh mov r1, a mov a, r0 swap a anl a, #0fh inc r1 mov r1, a loop4: inc r0 inc r1 djnz r2, loop3 mov a, #03h :動態(tài)掃描程序 - 22 - mov dptr, #0ff20h movx dptr, a dir: mov r0, #79h mov r3, #01h mov a, #00h mov dptr, #0ff21h movx dptr, a ld1: mov a, r0 mov dptr, #seg movc a, a+dptr mov dptr, #0ff22h movx dptr, a mov dptr, #0ff21h mov a, r3 movx dptr, a mov r7, #0ffh djnz r7, $ inc r0 jb acc.5, ld2 rl a mov r3, a sjmp ld1 ld2: sjmp dir mov r6, #0c8