基于AT89C2051的AD轉(zhuǎn)換

1、 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 基于AT89C2051的A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)與分析姓 名：xxxxx學(xué) 號(hào)：xxxxxx指導(dǎo)教師：xxxx院系(部所)：光電工程學(xué)院專 業(yè)：電子信息工程完成日期：2013年05月20日 2摘 要A/D轉(zhuǎn)換是指通過單片IC芯片將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的過程。A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)展30年，經(jīng)歷了很多次的技術(shù)革新，因此它具有多種使用型，分別是：逐次逼近型、積分型、并行比較型、壓頻變換型、流水型等。正是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器擁有多次使用型，所以需要通過多種指標(biāo)分析，將物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)際性能結(jié)合比較，總結(jié)出各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域。AT89C2051是一個(gè)2k字節(jié)可編程EPROMDE的

2、高性能微控制器。它是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令和引腳兼容的，所以它是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為其許多嵌入式控制應(yīng)用，提供了一個(gè)高度靈活和有效的解決方案。 本文中主要應(yīng)用AT89C2051的以下幾個(gè)特點(diǎn)：2K字節(jié)的EPROM，128字節(jié)RAM，15根I / O線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，內(nèi)帶精密模擬比較器，4.25至5.5V的工作電壓范圍，并且還具有兩個(gè)程序存儲(chǔ)器鎖定，掉電和時(shí)鐘電路。其中AT89C2051的精密模擬比較器是重點(diǎn)，并以它來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換電路的。 本文應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的模式。利用AT89C2051本身具有的高性能微控制能力，同時(shí)采用AT89C2051的模擬轉(zhuǎn)換原理和

3、該片內(nèi)的模擬比較器來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且由外接幾個(gè)電路元件和集成運(yùn)放電路來檢測(cè)和查詢A/D轉(zhuǎn)換是否完成，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取。簡(jiǎn)易組成了精度高、速度快、廉價(jià)的A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，使模數(shù)轉(zhuǎn)換向速度快，精度高。成本低的模式發(fā)展?！娟P(guān)鍵詞】 AT89C2051；A/D轉(zhuǎn)換；逐次逼近型；精密模擬電壓比較器；可編程EPROMDE高性能微處理器AbstractA/D conversion refers to the analog input signal into the process of N binary digital signal output. The A/D con

4、verter 30 years of development, has experienced technical innovation many times, so it has a variety of uses, respectively is: successive approximation, integral type, parallel comparison, voltage to frequency conversion type, water type etc. It is because the converter has used many times, so we ne

5、ed to analysis through a variety of indicators, will design the physical structure and the actual performance with comparison, summarizes the application field for each of the. AT89C2051 is a 2k byte programmable EPROMDE high-performance microcontrollers. It is the industry standard MCS-51 instructi

6、on and pin-compatible, so it is a powerful microcontroller, its many embedded control applications, provides a highly flexible and efficient solutions. This paper mainly has the following characteristics AT89C2051 Application: 2K bytes of EPROM, 128 bytes of RAM, 15 fo I / O lines, two 16-bit timer

7、/ timer, which with precision analog comparator, 4.25 to 5.5V The operating voltage range, and also has two program memory locking, power down and clock circuitry. Which AT89C2051 precision analog comparator is the key, and use it to achieve the A / D conversion circuit. In this paper, the realizati

8、on of the successive approximation type A / D converter mode. The use of high-performance micro-controller AT89C2051 capability while using AT89C2051 analog conversion principle and the film within the analog comparator to implement analog to digital conversion, and by a few external components and

9、integrated circuit op amp circuitry to detect and query A / D conversion is complete, the A / D converted data is read. Easy composed of high precision, fast, inexpensive A / D converters to achieve A / D conversion circuit is simple design, analog-digital conversion to speed and high accuracy. Low

10、cost model development.Key words： AT89C2051; A / D converter Successive Approximation; Precision analog voltage comparator；High-performance microprocessor programmable EPROMDE5目 錄第一章緒論61.1 引言61.2 研究目的和意義6第二章 硬件介紹82.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理和構(gòu)成82.2 AT89C2051不需要外部的AD芯片的原理102.3 AT89C2051的AD轉(zhuǎn)換是的實(shí)現(xiàn)142.4 AT89C2051芯片簡(jiǎn)

11、介16第三章 電路設(shè)計(jì)193.1 電路器件選擇和地址分配和連接193.2 逐次逼近式20第四章 軟件設(shè)計(jì)214.1程序設(shè)計(jì)內(nèi)容214.2程序功能244.3 主要器件和變量的說明264.4 程序代碼26第五章 總結(jié)與展望29參考文獻(xiàn)30致 謝326基于89C2051的A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與分析第一章緒論1.1 引言 隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，用數(shù)字電路來處理模擬信號(hào)的情況更加普及。這就涉及到模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的相互轉(zhuǎn)換:從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換(又稱A/D轉(zhuǎn)換)，完成A/D轉(zhuǎn)換的電路稱A/D轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱ADC）; 從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換(又稱D/A轉(zhuǎn)換)，完成D

12、/A轉(zhuǎn)換的電路稱D/A轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱DAC）。 AT89C2051是美國(guó)愛特梅爾(ATMELCORPORATION ) 半導(dǎo)體制造公司生產(chǎn)的一種高性能單片機(jī)。該單片機(jī)以與MCS一51系列單片機(jī)高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作等諸多優(yōu)點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于各類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)控制、電訊設(shè)備、宇航設(shè)備及消費(fèi)類產(chǎn)品中。由于ATMEL是全球最大的FLASH和EPROM生產(chǎn)制造公司,加之以其EPROM技術(shù)與INTEL的8OC31內(nèi)核技術(shù)交換,使ATMEL從此擁有80C31內(nèi)核的使用權(quán), 其生產(chǎn)出的AT89C51系列單片機(jī)具有極高的性能價(jià)格比。該系列單片機(jī)的可選種類有:AT89Cl051 、AT89C20

13、51、AT89C51、AT89C52、AT89C55、AT89S8252等,并且有消息報(bào)道,今年該公司將還有新軟單片機(jī)推出。1.2 研究目的和意義 現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)迅猛發(fā)展, 半導(dǎo)體工藝日益精密, 數(shù)字化浪潮推進(jìn)了A/D 轉(zhuǎn)換器不斷革新, A/ D 轉(zhuǎn)換技術(shù)在變得越來越復(fù)雜的同時(shí), 也正朝著高速度、高精度和低功耗的方向邁進(jìn). 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)長(zhǎng)期以來一直被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、測(cè)控系統(tǒng)、圖像和音頻等領(lǐng)域, 其對(duì)高速高精度的CMOS 工藝的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的需求日益迫切。 綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有A/ D 轉(zhuǎn)換技術(shù)資料可看出,A/ D 轉(zhuǎn)換電路的主要發(fā)展趨勢(shì)是向分辨率越來越高、轉(zhuǎn)換速率越來越高、精度越來越高、功耗越來

14、越低、電壓越來越低、趨于單片化和CMOS 化、結(jié)構(gòu)越來越簡(jiǎn)單的方向發(fā)展. 因此在實(shí)際應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一些小工具，需要一個(gè)小的外形。在這種情況下，它必須是非常簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，本文提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，只使用自己的比較89C2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，而不需要任何外部元件。需要的小型電路，A/D轉(zhuǎn)換并不需要高精度的情況下，這種方法是非常實(shí)用和可靠的。 實(shí)現(xiàn)AT89C2051單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)的意義在于國(guó)內(nèi)外的需求。消費(fèi)電子、視頻、通信和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)A/ D 轉(zhuǎn)換器提出了更高的技術(shù)要求, 而為了滿足應(yīng)用的需求, 人們不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用算法, 采用先進(jìn)

15、的制造工藝技術(shù), 推動(dòng)A/ D 轉(zhuǎn)換器向速度更快、集成度更高、成本和功耗更低、尺寸更小、性能更高的方向發(fā)展. 本文將從簡(jiǎn)潔使用、方便、成本等方面探討A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)。 同時(shí)在自動(dòng)測(cè)量和控制系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器被廣泛使用，主要用于微控制器或電腦控制，A/D轉(zhuǎn)換芯片的工作，許多教科書和專業(yè)書籍有很多接口電路和相應(yīng)的程序介紹，此本文介紹實(shí)用的A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的接口電路常用的三個(gè)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片AT89C2051例如，通過接口電路設(shè)計(jì)的兩種方法，可以比較容易地分辨其中的優(yōu)劣一種設(shè)計(jì)方法，為我們的未來其它類型的接口的設(shè)計(jì)提供了一些想法0。第二章 硬件介紹2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理和構(gòu)成

16、2.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成 模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通,斷開的過程。S接通時(shí),ui(t)對(duì)C充電,為采樣過程；S斷開時(shí),C上的電壓保持不變,為保持過程。在保持過程中,采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。t0時(shí)刻S閉合,CH被迅速充電,電路處于采樣階段.由于兩個(gè)放大器的增益都為1,因此這一階段uo跟隨ui變化,即uo=ui。t1時(shí)刻采樣階段結(jié)束,S斷開,電路處于保持階段.若A2的輸入阻抗為無窮大,S為理想開關(guān),則CH沒有放電回路,兩端保持充電時(shí)的最終電壓值不變,從而保證電路輸出端的電壓uo維持不變6。(1)分辨率 A / D轉(zhuǎn)換器的分辨率的輸出的二

17、進(jìn)制數(shù)位的位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高，例如，模擬輸入模擬電壓范圍為0至5V，輸出的8位二進(jìn)制數(shù)可以是數(shù)分辨的最小模擬電壓5V2-8 = 20mV的輸出12位的二進(jìn)制數(shù)，而能分辨的最小模擬電壓5V2-121.22mV。(2)相對(duì)精度 在理想情況下，所有的切換點(diǎn)應(yīng)在一條直線上的相對(duì)準(zhǔn)確度被定義為實(shí)際的各自的開關(guān)點(diǎn)偏離理想特性誤差。(3)轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一個(gè)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的切換控制信號(hào)連接到從一開始，到輸出穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)，在此時(shí)間后0uiVREF/14ui的<3VREF/14，只有7個(gè)比較器C1的輸出為1 CP進(jìn)貨，倒裝觸發(fā)器其余的觸發(fā)器FF1被設(shè)置，不進(jìn)行編碼由

18、編碼器輸出的二進(jìn)制代碼d2d1d0 = 001。 A/D轉(zhuǎn)換輸出:3VUREF/14UI <5VUREF/14比較器C1，C2輸出觸發(fā)器FF1的到來后，F(xiàn)F2設(shè)置到CP。由編碼器輸出二進(jìn)制代碼d2d1d0 = 010.5VUREF/14編碼uiuo，數(shù)量太大，將是最重要的位1清除; UI，UO，數(shù)量也不夠大，這應(yīng)該保留。然后，再以同樣的方式的第二最高位置為1，并且通過比較來識(shí)別經(jīng)此一保留位，由該位下降，直到至少有效位。比較之后，數(shù)字輸出寄存器狀態(tài)是必需的。 2.1.2 基本原理 圖21 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理圖 3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器9 開始之前的轉(zhuǎn)換，使Q1 = Q2 = Q3

19、 = Q4 = 0，Q5 = 1，到貨后的第一個(gè)CP，Q1 = 1，Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = 0，所以FFA的設(shè)置為1，的FFB和FFC被設(shè)置到第0該代碼時(shí)將該頁面添加至的的D / A轉(zhuǎn)換器的100的輸入。，并在在D / A的轉(zhuǎn)換器的相對(duì)應(yīng)的輸出端子的模擬電壓中的輸出的uo.uo和的的ui在比較器中相比，當(dāng)UI 第二個(gè)CP后不久，右甲環(huán)形計(jì)數(shù)器變?yōu)镼2 = 1，Q1 = Q3 = Q4 = Q5 = 0，當(dāng)門G1被打開時(shí)，如果原來的UC = 1，然后游離脂肪酸被設(shè)置為0，如果原的uc = 0，那么FFA的狀態(tài)被保持在同一時(shí)間，Q2的高FFB集的。 第三CP環(huán)網(wǎng)柜的到來一個(gè)位轉(zhuǎn)移到

20、右側(cè)，一方面，的FFC集，打開門G2和FFB 1狀態(tài)確定的基礎(chǔ)上比較器輸出應(yīng)予以保留。 第四CP不久之后，環(huán)網(wǎng)柜Q4 = 1，Q1 = Q2 = Q3 = Q5 = 0，打開門G3 FFC 1按照與比較器的輸出狀態(tài)決定應(yīng)予以保留。第五CP，環(huán)網(wǎng)柜Q5 = 1的到來，Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = 0，F(xiàn)FA，F(xiàn)FB，F(xiàn)FC的狀態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果通過門G6，G7，G8派出。工作原理 基本原理是：兩點(diǎn)上輸入模擬電壓和參考電壓，第一積分器的輸入模擬電壓，將其轉(zhuǎn)化成比例的時(shí)間間隔T1的輸入模擬電壓，循環(huán)計(jì)數(shù)器來測(cè)量該時(shí)間間隔，計(jì)數(shù)器，數(shù)字米正比于輸入的模擬電壓，然后由一個(gè)參考電壓為相同的處理。 2.2

21、 AT89C2051不需要外部的AD芯片的原理2.2.1 AT89C2051單片機(jī)介紹AT89C2051是一個(gè)低電壓，高性能的CMOS8位微控制器，包括2k字節(jié)可反復(fù)擦寫只讀閃存程序存儲(chǔ)器和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）中，該設(shè)備有一個(gè)高密度，非易失性可應(yīng)用于存儲(chǔ)容量MCS-51指令和引腳兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，通用的8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的單片機(jī)AT89C2051在一些成本效益的應(yīng)用。 AT89C2051是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī),但它只有20個(gè)引腳，15個(gè)雙向輸入/輸出（I / O）端口，其中P1是一個(gè)完整的8位雙向I / O口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器

22、，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器。 同時(shí)，AT89C2051的時(shí)鐘頻率可以為零，也就是說，該軟件可以設(shè)置休眠省電功能，喚醒RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行端口，外部中斷口，醒來系統(tǒng)進(jìn)入狀態(tài)后，繼續(xù)工作。省電模式中，芯片上的RAM被凍結(jié)，時(shí)鐘停止， 所有的功能停止工作，直到系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行硬件復(fù)位5。2.2.2 AT89C2051和A/D轉(zhuǎn)換器的分析但是我們國(guó)內(nèi)常用的51系列本身不具有一個(gè)高性能的微處理器的功能，而目前大多數(shù)的A/ D轉(zhuǎn)換器，價(jià)格較高，多路輸出，占用了大量的單片機(jī)I / O口線，并要求相應(yīng)的擴(kuò)展接口電路，該電路將變得很復(fù)雜電路板的面積將成倍增長(zhǎng)。本文主要是利用在沒有任何附加

23、條件的硬件，使用軟件的方法實(shí)現(xiàn)高性能微處理器的設(shè)備類型的A/D轉(zhuǎn)換器。而且文中是通過A/D轉(zhuǎn)換電路的逐次逼近型來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橹鸫伪平椭饕攸c(diǎn)是低中速中高精度，分辨率/bit：816，轉(zhuǎn)換速率：幾十KSPS至幾MSPS，功耗：低，價(jià)格中，主要用途是便攜設(shè)備、儀器儀表。這些的優(yōu)點(diǎn)都說明用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)方便快捷、成本低等，能使電路以低功耗、高速率、高效能的獲得數(shù)據(jù)或者信息的采集，因此AT89C2051的A/D電路的使用與現(xiàn)代工業(yè)大部分的設(shè)備相符合，且應(yīng)用極度廣泛3。 利用單片機(jī)內(nèi)部的高精度模擬比較器來檢測(cè)待測(cè)輸入電壓的大小，通過軟件控制，輸入電壓的數(shù)值以單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器的值來表

24、示，這就是A /D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。除了能獲得較快的轉(zhuǎn)換速度以外, 轉(zhuǎn)換的分辨率也可靈活設(shè)置, 具有一定的使用價(jià)值。列如，數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集應(yīng)用主要包括傳感器、振動(dòng)分析、地震數(shù)據(jù)采集和儀器儀表、工業(yè)控制設(shè)備等。它們對(duì)轉(zhuǎn)換的精度要求較高，但是對(duì)轉(zhuǎn)換速率的要求不一，因此在中低速場(chǎng)合可以采用逐次逼近型等結(jié)構(gòu)。如美國(guó)德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的18位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADS8382，轉(zhuǎn)換速率僅為600KSPS。2.2.3 基本原理AT89C2051和89C51相比，除去掉了Po口和P2口，并在P1口的P1.0、P1.1與P3口的P3.6間嵌入了一個(gè)精確的模擬比較器外，其他硬件資源完全相同。此外，AT8

25、9C2051 設(shè)有靜態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下工作，支持兩種軟件可選的省電模式。AT89C2051有20個(gè)引腳，P1 口的P1.0、P1.1 與P3口的P3.6 被賦予了新的功能，即含有模擬輸入和比較的功能，這就是可以采用AT89C2051 而不需要外部 A/D 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵。P1.0 引腳與比較器的同相輸入端相連，P1.1 引腳與比較器的反相輸入端相連，比較器的輸出端在片內(nèi)與P3.6 相連。而P3.6 無片外引腳，因此，AT89C2051 的P1口有完整的8 條片外引腳，而P3口只有7 條片外引腳，可供片外使用的I/O 線為15 條。2.2.4 AT89C2051的引腳應(yīng)用A

26、T89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的8位單片機(jī)14,它具有如下主要特性：·和MCS-51產(chǎn)品的兼容·2K字節(jié)可重編程閃速存儲(chǔ)器·耐久性：1,000寫擦除周期·2.7V6V的操作范圍·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz·兩級(jí)加密程序存儲(chǔ)器·128×8位內(nèi)部RAM·15根可編程I/O引線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·六個(gè)中斷源·可編程串行UART通道·直接LED驅(qū)動(dòng)輸出·片內(nèi)模擬比較器·低功耗空載和掉電

27、方式此外，AT89C2051有靜態(tài)邏輯，在低頻率為零的條件下工作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。AT89C2051有20個(gè)引腳，AT89C2051硬件引腳，如圖所示。 圖2-2 AT89C2051的引腳封裝 AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為： 1). Vcc：電源電壓。 2). GND：地。 3). P1口：P1口是一個(gè)8位雙向I / O端口。端口引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。 P1.0和P1.1需要外部上拉電阻。 P1.0和P1.1還分別作為一個(gè)片內(nèi)精密模擬比較器的反相輸入（AIN0）和反相輸入端（AIN1）。 P1口輸出緩沖器可以吸收高達(dá)20mA，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。當(dāng)

28、P1端口引腳寫“1”時(shí)，它可以被用作輸入。當(dāng)引腳P1.2P1.7作為輸入和被外部拉低，他們將由于內(nèi)部上拉電阻和流出電流（IIL）。 P1口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。 4). P3口：P3口的P3.0P3.5，P3.7是內(nèi)部上拉電阻七個(gè)雙向I / 0引腳。一個(gè)固定的輸入信號(hào)和所述比較器的輸出作為一個(gè)通用I / O引腳，交通不便，P3.6芯片。 P3口緩沖器可以吸收高達(dá)20mA。當(dāng)P3端口引腳寫“1”時(shí)，被拉到由內(nèi)部上拉電阻，并可以被用作輸入。作為輸入外部拉低，將斥資P3口的引腳上拉電阻和流出電流（IIL）。 P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能。 表2-1 P3口引腳功能引

29、腳功能特性P3.0 RXD (串行輸入口)P3.1TXD （串行輸出口）P3.2 INT0（外中斷0）P3.3 INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入） P3.0 RXD(串行輸入端口) P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 5). RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí),持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。 6). XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 7). XTAL2：作為振蕩器反

30、相放大器的輸出。 可以看出，AT89C2051不提供外部擴(kuò)展內(nèi)存和I / O設(shè)備的地址，數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，所以使用單片機(jī)AT89C2051應(yīng)用程序不能超出AT89C2051內(nèi)存或I / O設(shè)備的引腳說明，AT89C2051構(gòu)成的最小的單芯片系統(tǒng)8。 顯示P1.0引腳和比較的非反相輸入端子相，P1.1和比較器的反相輸入端連接到在P3.6片相位比較器的輸出端子。 P3.6是沒有片針，AT89C2051的P1口完整的8芯片引腳，引腳P3口的只有7個(gè)I / O線芯片，芯片的I / O線15。 2.3 AT89C2051的AD轉(zhuǎn)換是的實(shí)現(xiàn) AT89C2051A/D轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，其A/D轉(zhuǎn)換原理如下：

31、 比較器 ICI 的同相輸入端P1.0 和 P1.4 之間接有電阻R9，而被測(cè)電 圖2-3 壓是通過P1.1 輸入至比較器 ICI 的反相端，這樣，當(dāng)被測(cè)電壓U 從 P1.1 輸入并開始測(cè)量時(shí)，先使P1.4 置低電位，C4 對(duì)地充電，使P1.0 的 電位為零。由于此時(shí)P1.1 的電位高 于P1.0 的電位，因此，ICI的輸出端 P3.6 為低電位10。 進(jìn)入測(cè)量程序后，具體的轉(zhuǎn)換步驟如下。·先使P1.4為高電位，VCC就會(huì)通過R9、R10向C4充電，P1.0的電位就會(huì)隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律上升。·當(dāng)P1.0的電位上升至與P1.1的電位相同或稍高一點(diǎn)時(shí)，IC1的輸出端P3.6會(huì)由低

32、電位變?yōu)楦唠娢弧?#183;由此，我們可用程序控制C4充電的同時(shí)，不間斷檢測(cè)P3.6的電位，當(dāng)P3.6電位發(fā)生高跳時(shí)，就認(rèn)為P1.0的電壓與P1.1的電壓相等·由于C4的充電電壓是可以通過充電時(shí)間的長(zhǎng)短來準(zhǔn)確計(jì)算的，所以，計(jì)算出C4的充電壓，也就間接地測(cè)出了被測(cè)電壓的值。 89C2051有很寬的工作電源電壓可以在2.7V至6V，工作在3V，電流等效6V / 4 89C2051工作在12HZ，動(dòng)態(tài)電流輸出功率狀態(tài)下，只有20NA到5.5毫安空閑狀態(tài)1MA。這樣一個(gè)小的功耗是非常適合電池供電的小型控制系統(tǒng)。 89C2051芯片包含2K字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的片上RAM，80C31

33、內(nèi)部完全類似的。 2051室內(nèi)設(shè)計(jì)全靜態(tài)工作時(shí)鐘允許從0到20MHz的工作，那就是允許低速運(yùn)行，不破壞RAM中的內(nèi)容。與此相反，一般8031對(duì)最小工作時(shí)鐘是有限的，因?yàn)樗膬?nèi)部RAM進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，至3.5MHz。 89C2051的配置不允許外部總線擴(kuò)展的程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以它不需要ALEPSEN，RD，WR引腳。 89C2051設(shè)計(jì)程序安全位，安全第1位編程，程序存儲(chǔ)器不能被編程，除非你做一個(gè)擦除安全位2已編程，程序不能被讀出。2.4 AT89C2051芯片簡(jiǎn)介2.4.1 主要功能主要功能7分辨率：8位轉(zhuǎn)換誤差：±1/2LSB±1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間：100 S時(shí)鐘頻率：640

34、KHZ測(cè)量路數(shù)：8路輸出：三態(tài)緩沖單一5V供電，對(duì)應(yīng)輸入模擬電壓范圍3V至6V2.4.2 AT89C2051工作時(shí)序選擇當(dāng)前的轉(zhuǎn)換通道，即將到來的信道編碼發(fā)送地址鎖存器；通過執(zhí)行OUT指令產(chǎn)生一個(gè)正脈沖啟動(dòng)，啤酒，鎖存信道編碼和啟動(dòng)A / D；啟動(dòng)A / D轉(zhuǎn)換后，EOC變?yōu)榈?4個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC變?yōu)楦唠娖?；轉(zhuǎn)換完成后，設(shè)法通過執(zhí)行IN指令的OE引腳上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，打開三態(tài)輸出緩沖區(qū)讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。2.4.3 A89C2051與微處理器的連接 直接連接AT89C2051具有三態(tài)輸出緩沖器，可以與CPU直接連接。如果地址譯碼器輸出Y1的地址84H87H，無條件轉(zhuǎn)移從輸入通道IN7讀

35、取模擬程序：MOV AL，07HOUT 84H，ALCALL DELAY120IN AL，84H采用中斷方式，EOC輸出端AT89C2051作為CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)，中斷服務(wù)例程將數(shù)據(jù)讀入的轉(zhuǎn)換。 通過并行接口芯片同CPU連接問題：用一片8255A并行接口芯片控制AT89C2051的轉(zhuǎn)換過程；分析：8255A有三個(gè)8位的并行口，可用PB口輸出0809的通道選擇編碼和控制ADC的啟動(dòng)，PC口輸入ADC的狀態(tài)。 PA口作為他用，實(shí)現(xiàn)：首先完成CPU與8255的連接，然后根據(jù)分析完成ADC與8255的連接Y0地址為80H83HY1 地址為84H87H例：對(duì)AT89C2051的IN0至IN7巡回進(jìn)行采

36、樣一次，并將采樣的數(shù)據(jù)存放在以DATA開始的內(nèi)存單元中。第一步：程序初始化第二步：輸出通道號(hào)啟動(dòng)ADC第三步：判ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束否？結(jié)束則讀入數(shù)據(jù)，存入內(nèi)存。否則再判第四步：修改循環(huán)變量判測(cè)量完否？15MOV AL，98H ； 8255方式0，PA口輸入，OUT 83H，AL ； PB口輸出，PC口高四位輸入MOV SI，OFFSET DATA ； 置內(nèi)存首址MOV AX，0H ； 開關(guān)初始編碼MOV CX，8AGA：MOV AL，AH ； 輸出開關(guān)編碼 OUT 81H，AL ADD AL，10H ； 啟動(dòng)ADC& nbsp; OUT 81H，ALSUB AL，10HOUT 81H，AL

37、LOP： IN AL，82H ； 檢查EOCTEST AL，80HJZ LOP ； EOC=0，繼續(xù)查詢IN AL，84H ； EOC=1，讀入數(shù)據(jù)MOV SI，AL ； 存入內(nèi)存INC SI ； 修改指針I(yè)NC AH ； 修改開關(guān)編碼LOOP AGA ；第三章 電路設(shè)計(jì)3.1 電路器件選擇和地址分配和連接 A / D轉(zhuǎn)換功能，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成多位二進(jìn)制數(shù)字輸出型的A / D轉(zhuǎn)換的方法，每個(gè)并行比較型A / D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度快的特點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是比較使用和翻轉(zhuǎn)的響聲，隨著分辨率的提高，幾何雙積分型A / D轉(zhuǎn)換器的性能所需的組件數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力高，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是

38、低運(yùn)行速度，更高的轉(zhuǎn)換精度要求，且轉(zhuǎn)換速度要求不高的應(yīng)用，如數(shù)字萬用表等檢測(cè)設(shè)備，已被廣泛用于逐次逼近型A / D轉(zhuǎn)換器的分辨率較高，誤差較低，轉(zhuǎn)換速度，在一定程度上，同時(shí)考慮到上述兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 圖3-1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器這里列出的，在這種情況下，設(shè)備名稱的一個(gè)關(guān)鍵部分，其主要功能電路中。·89C2051：微控制器，數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換工作10。·WU1：12MHz的晶振。·RST：復(fù)位開關(guān)。在這里僅列出和本列相關(guān)的、關(guān)鍵部分的單片機(jī)與每個(gè)模塊管腳和相關(guān)的地址分配。·P1.0：模擬輸入。·P1.1：DA輸入比較器的參考電壓。

39、3;P3.7：LED的顯示輸出。·XTAL1：晶振的引腳1。·XTAL2：晶振的引腳2。·U1：外部的信號(hào)輸入。·U2：比較電壓輸入。3.2 逐次逼近式逐次逼近式模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器原理 圖32 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu) A / D轉(zhuǎn)換的方法有多種，但是逐次逼近型A / D轉(zhuǎn)換因?yàn)樵诋?dāng)今的模數(shù)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它是按照二分搜索法的原理，類似于天平稱物的一種模數(shù)轉(zhuǎn)換過程。如果平衡，有32克，16克，8克，4克，2克和1克的重量，將物體的重量稱取27.4克。稱量從最重的砝 M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27（克

40、）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器基本組成 如圖所示，它包括一個(gè)比較器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)逐次逼近寄存器（SAR）和一個(gè)邏輯控制單元。它是將需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)與已知的不通的參考電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，N位轉(zhuǎn)換需要N個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換完成，輸出二進(jìn)制?？刂七壿嫞阂莆患拇嫫鳌?shù)據(jù)寄存器、時(shí)序電路及去留碼邏輯電路；DAC:產(chǎn)生電子砝碼；比較器：比較輸入電壓和電子權(quán)值，通過控制邏輯決定命運(yùn)的權(quán)重。 優(yōu)點(diǎn)：分辨率低于12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率可達(dá)1MSPS；與其他ADC相比，功耗比較低。而且更重要的是逐次比較式A./D轉(zhuǎn)換器大都做成單片集成電路形式，并有AT89C2051來實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換過

41、程，節(jié)省了成本和元件面積。 缺點(diǎn)：由于需經(jīng)過多次比較才能得到轉(zhuǎn)換結(jié)果，這類ADC轉(zhuǎn)換速率不可能做到很高，此外，這種轉(zhuǎn)換需要模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，由于高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路需要較高的電阻或電容匹配網(wǎng)絡(luò)，故精度不會(huì)很高。 第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)內(nèi)容程序設(shè)計(jì)內(nèi)容13（1） 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，采用查詢EOC的標(biāo)志信號(hào)來檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完畢，若完畢則把數(shù)據(jù)通過P0端口讀入，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后在數(shù)碼管上顯示。（2） 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，要啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法：ABC110選擇第三通道ST0，ST1，ST0產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的正脈沖信號(hào)匯編源程序CH EQU 30HDPCNT EQU 31HDPBUF EQU 33HGD

42、ATA EQU 32HST BIT P3.0OE BIT P3.1EOC BIT P3.2ORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART: MOV CH,#0BCHMOV DPCNT,#00HMOV R1,#DPCNT MOV R7,#5MOV A,#10MOV R0,#DPBUFLOP: MOV R0,AINC R0DJNZ R7,LOPMOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HINC R0MOV R0,#00HMOV TMOD,#01HMOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD

43、 256SETB TR0SETB ET0SETB EAWT: CLR STSETB STCLR STWAIT: JNB EOC,WAITSETB OEMOV GDATA,P0CLR OEMOV A,GDATAMOV B,#100DIV ABMOV 33H,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 34H,AMOV 35H,BSJMP WTT0X: NOPMOV TH0,#(65536-4000)/256MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256MOV DPTR,#DPCDMOV A,DPCNTADD A,#DPBUFMOV R0,AMOV A,R0MOVC A,A+

44、DPTRMOV P1,AMOV DPTR,#DPBTMOV A,DPCNTMOVC A,A+DPTRMOV P2,AINC DPCNTMOV A,DPCNTCJNE A,#8,NEXTMOV DPCNT,#00HNEXT: RETIDPCD: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00HDPBT: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7HDB 0EFH,0DFH,0BFH,07FHEND4.2程序功能該程序的功能是查詢當(dāng)前的A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，并且完成 附表4-1變量說明P1.0模擬量輸入P1.1AD輸入比較基準(zhǔn)電壓P3.6比較器內(nèi)部判

45、斷腳AdcdataAD轉(zhuǎn)換變量Delay( )延時(shí)程序Adcrcad(void)ADC轉(zhuǎn)換程序?qū)/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的讀取。程序中的變量定義如附表。由于沒有片外的器 件，在程序編程時(shí)，也較為簡(jiǎn)單。在程序中定義函數(shù)和變量，并通過延時(shí)程序完成對(duì)外部信號(hào)A/D 采樣的時(shí)間控制。單片機(jī)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換的源程序流程如開始函、變量數(shù)、定義延時(shí)程序A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取 圖4-1 源程序流程圖此種A/D 轉(zhuǎn)換只需一片AT89C2051即可實(shí)現(xiàn)，免去了外圍電路器件，方法簡(jiǎn)單，儀器體積小，開發(fā)成本低，A/D轉(zhuǎn)換精度基本滿足要求，適用于小型化儀器的場(chǎng)合。4.3 主要器件和變量的說明程序中的變量及功能如表1-2所示。

46、表1-2 變量及功能0 變量 說明P1.0 模擬量輸入P1.1 DA輸入比較基準(zhǔn)電壓P36 比較器內(nèi)部判斷腳adcdata ad轉(zhuǎn)換變量Delay() 延時(shí)程序adcread(void) adc轉(zhuǎn)換程序4.4 程序代碼由于沒有芯片設(shè)備，編制方案時(shí)，也比較簡(jiǎn)單。在主程序中定義函數(shù)和變量g，并控制外部信號(hào)的A / D采樣時(shí)間延遲程序來完成。單片機(jī)A / D轉(zhuǎn)換的源流程圖如圖1-4所示，下面的代碼17。#include<reg52.h>#include<absacc.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#define

47、uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit P36 = P36; /比較器內(nèi)部判斷角/ 內(nèi)部標(biāo)志位定義bit less; /大小比較，1。代表小于，0。代表大于/ 全局變量定義uchar timer1; &nbsp; /通用延時(shí)計(jì)數(shù)器uchar adcdata; /ad轉(zhuǎn)換變量void Delay(unsigned int number); /毫秒延時(shí)uchar adcread(void); /adc轉(zhuǎn)換程序void main(void) using0 TMOD=0X11; /計(jì)數(shù)器設(shè)定 IP=0X8; /優(yōu)先級(jí)的設(shè)定 IE=0X8

48、A; /中斷允許 TCON=5; /外部中斷低電平觸發(fā) TR0=1; /打開定時(shí)器中斷 TR1=0; ET0=1; ET1=0; P1=0Xff Delay(120); while(1); adcdata=adcread(); /讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 /毫秒延時(shí)void Delay(unsigned int number) unsingned char temp; for(;number!=0;number-) for(temp=112;temp!=0;temp-)/ 6位 ADC轉(zhuǎn)換uchar adcread(void) uchar i=0x3f,temp=0; /初始化轉(zhuǎn)換變量 P36=

49、1; /比較器端口置1 P1=3;_nop_();_nop_(); /從零開始轉(zhuǎn)換 while(i-)&&(P36) /開始數(shù)據(jù)讀取和比較 temp+=4; P1=temp13; _nop_(); temp>>=2; return temp; /轉(zhuǎn)換完畢，返回第五章 總結(jié)與展望 本文的A/D 轉(zhuǎn)換只需一片AT89C2051即可實(shí)現(xiàn)，免去了外圍電路器件，方法簡(jiǎn)單，儀器體積小，開發(fā)成本低，A/D轉(zhuǎn)換精度基本滿足要求，適用于小型化儀器的場(chǎng)合。本文是在實(shí)踐中，使用A/D轉(zhuǎn)換器的一些經(jīng)驗(yàn)。同樣，其他類型的芯片微控制器或計(jì)算機(jī)接口電路也有類似的做法，只要充分了解芯片的功能和工作

50、時(shí)序，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的接口電路，寫簡(jiǎn)單的過程。如：微型打印機(jī)與單片機(jī)的接口電路一般是基于設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，我們用這種方法來設(shè)計(jì)接口電路和編程。提高了準(zhǔn)確性，并且可以串行A / D轉(zhuǎn)換芯片擴(kuò)展多通道A / D轉(zhuǎn)換電路，該電路簡(jiǎn)單實(shí)用的功能和改進(jìn)的接口電路21?？梢哉f，不同技術(shù)相互滲透，揚(yáng)長(zhǎng)避短，開發(fā)出適合各種應(yīng)用場(chǎng)合， 能滿足不同需求的A/ D 轉(zhuǎn)換器， 將是模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)；高性能、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的新型A/ D 轉(zhuǎn)換器將是今后數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展的重點(diǎn)。而且A / D轉(zhuǎn)換器將不再是一個(gè)單一的產(chǎn)品，而是與其他設(shè)備相結(jié)合應(yīng)用的，如運(yùn)算放大器，微處理器，集成系統(tǒng)芯片（SOC），即提高性

51、能的同時(shí)，也提升制造的方便。Error! Reference source not found. 本文由于作者自身的原因，沒有時(shí)間去做仿真或者模擬，但是自己仍然花大時(shí)間去完善論文！ 參考文獻(xiàn)1 崔廣新. 高性能價(jià)格比單片機(jī)AT89C2052 J. 電子技術(shù)應(yīng)用, 1996（2), 47-49.2 于繼洲. 集成A/D和D/A轉(zhuǎn)換應(yīng)用技術(shù) M. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1989, 42-64.3 王廣威, 楊麗君, 王曉光. AT89C2051單片機(jī)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的新方法 J.本溪冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2000 (1), 16-18.4 李琦, 高軍萍, 高金雍. 幾種基于AT89C2501內(nèi)置

52、比較器的A/D轉(zhuǎn)換器設(shè) 計(jì)A. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展·2007全國(guó)第18屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集C. 2007, 118-124.5 馬祝陽 . 利用89C2051內(nèi)部比較器構(gòu)成具有A/D功能的單片機(jī) J. 東北師范大學(xué)報(bào)，1997(1)，42-44.6 常青， 陳耀輝，孫廣富. 可編程專用集成電路及其應(yīng)用與設(shè)計(jì)實(shí)踐 A. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005，45-49.7 高軍萍，范兆書. AT89C2051在壓力傳感器標(biāo)定表格查取中的應(yīng)用 J 電子技術(shù)應(yīng)用，1997（7），31-33. 8 何敏麗，王永生，李文峰. 如何認(rèn)識(shí)和提高ADC的精度 J 測(cè)控技術(shù)2002（8)，21.9 高光天等. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù) J電子技術(shù)應(yīng)用，