基于AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)和C語言開發(fā)胡青

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 胡青 專業(yè)班級(jí)： 電信1206 指導(dǎo)教師： 孟哲 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：基于A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)和C語言開發(fā)初始條件： 具備單片機(jī)和ADC芯片的理論知識(shí)；具備C語言編程能力；具備對(duì)Protues和Keil軟件的操作能力；提供編程所需要的計(jì)算機(jī)一臺(tái)要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、獨(dú)立編寫程序?qū)崿F(xiàn)基于D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)和C語言開發(fā)2、用軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，并分析實(shí)現(xiàn)原理3、完成符合學(xué)校要求的設(shè)計(jì)說明書時(shí)間安排：一周，其中3天程序設(shè)計(jì)，2天程序調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名：

2、年 月 日目 錄摘要1Abstract21 軟件介紹31.1 Keil使用31.2 Proteus軟件使用42 設(shè)計(jì)原理52.1單片機(jī)簡介52.4 ADC0809簡介52.4.1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)52.3.2 ADC0809的工作過程63 多路模擬信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)83.1 功能簡介83.2 總原理圖83.2.1 單片機(jī)電路83.2.2 ADC采樣電路93.2.3顯示模塊103.3 系統(tǒng)流程圖114 程序代碼125 仿真結(jié)果與分析166 調(diào)試177 心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)20 武漢理工大學(xué)單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)設(shè)計(jì)說明書 摘要 本次課程設(shè)計(jì)的要求是：基于A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)和C語言開

3、發(fā)，設(shè)計(jì)一種多路模擬信號(hào)采集模塊，從多個(gè)通道輪流采集數(shù)據(jù)一次，并將采集的結(jié)果存放在數(shù)組中。 AD轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的器件。一個(gè)完整的AD轉(zhuǎn)換器通常包括這樣一些信號(hào):模擬輸入信號(hào)，參考電壓，數(shù)字輸出信號(hào)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，單片機(jī)介紹信號(hào)，數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)等。 使用ADC0808型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)與單片機(jī)進(jìn)行通信，將測量的模擬信號(hào)量傳遞給89C51單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后在數(shù)碼管上顯示出來。設(shè)計(jì)中采用開關(guān)來選擇輸入不同通道的模擬信號(hào)。關(guān)鍵字：A/D轉(zhuǎn)換；C語言；單片機(jī)；數(shù)組AbstractThe curriculum d

4、esign requirements are: microcontroller-based experiments and C language development A / D converter module, to design a multi-channel analog signal acquisition module, data acquisition from multiple channels in turn one, and the results are stored in an array collection .A D converter is used to co

5、nvert a continuous analog signal into a binary device. A complete AD converter typically includes such a signal: analog input signal, the reference voltage, the digital output signal, a start conversion signal, converted presentation signal, a data output enable signal and the like.ADC0808 model usi

6、ng an A / D converter for multi-channel analog signal data acquisition, and communicate with the microcontroller, analog measurement signal is passed to the 89C51 microcontroller, operation, the output from the corresponding digital microcontroller, and then in the digital on the display. Design use

7、s switches to select a different channel analog input signal.Keywords: A / D converter; C language; microcontroller; Array231 軟件介紹1.1 Keil使用Keil51開發(fā)環(huán)境可以分為四個(gè)區(qū)域，分別為：菜單條、項(xiàng)目文件管理窗口、代碼編譯窗口和代碼編譯信息窗口四個(gè)部分。菜單條分為十項(xiàng)，所有的命令都可以在這里找到。下面的命令是一些常用的菜單命令，如文件的打開、關(guān)閉及保存。其中編譯命令最為常用。中間靠左是項(xiàng)目文件管理窗口，這里可以看到當(dāng)前項(xiàng)目中所包含的所有帶編譯的文件。項(xiàng)目文件

8、管理窗口的右側(cè)是代碼編譯窗口，這事我們最主要的工作區(qū)域。最底層顯示了代碼編譯的信息。當(dāng)代碼有語法錯(cuò)誤時(shí)，可以在這里輕松的找到問題的所在。 第一步：建立一個(gè)簡單的項(xiàng)目，單擊Project菜單項(xiàng)，選擇New Project項(xiàng)。 第二步：此時(shí)彈出Create New Project對(duì)話框，選擇合適的路徑口，在文件名一欄中填入新工程的名字。單擊保存。第三步：根據(jù)所用的器件，選擇CPU的型號(hào)，單擊確定。第四步：Keil51詢問是否生成默認(rèn)的配置文件，這個(gè)可選可不選，這里選定。單擊Yes，觀察項(xiàng)目文件管理窗口的變化。第五步：在File菜單下單擊New選項(xiàng)，新建文件。

9、此時(shí)在代碼窗口出現(xiàn)一“Text1”空白文檔。在“Text1”中編輯完代碼后，單擊File菜單中的保存項(xiàng)，彈出保存對(duì)話框。保存名寫為text.c。單擊保存。注意在對(duì)文件命名時(shí)必須加擴(kuò)展名。第六步：在項(xiàng)目Source Group上單擊右鍵，選Add File to Group Source Group 1。第七步：此時(shí)彈出Add File 對(duì)話框。選中剛才保存的text.c文件。單擊Add。 此時(shí)在項(xiàng)目文件管理窗口中就會(huì)出現(xiàn)剛才所添加的文件text.c。第八步：單擊Project菜單項(xiàng)，選擇Option

10、60;for Target Target 1選項(xiàng)。在彈出的對(duì)話框中可以對(duì)Project進(jìn)行總體配置。 第九步： 選擇Output 選項(xiàng)卡，單擊Create HEX File ,代碼輸出格式應(yīng)為HEX-80 。 第十步：單擊確定后，并重新編譯?？梢钥吹骄幾g成功之后，Build 選項(xiàng)卡里又多了一項(xiàng)。這是生成的HEX 文件。1.2 Proteus軟件使用Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖1-2所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工

11、具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。通過在庫中選擇元件，連接電路，在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）具有豐富的器件庫，超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件，通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件，自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間，使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計(jì)簡明清晰。 2 設(shè)計(jì)原理 2.1單片機(jī)簡介 單片機(jī)是一種集成電路芯片。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的微

12、處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口)集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)即小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。所以說，一片單片機(jī)芯片就具有了組成計(jì)算機(jī)的全部功能。 2.4 ADC0809簡介 ADC0809是8位逐次逼近式/轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路模擬開關(guān)，片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接。它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2.4.1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，它由8

13、路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 圖2.3 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分功能及作用： IN0IN7：8路模擬通道信號(hào)輸入，通過模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)8路模擬輸入信號(hào)分時(shí)選通。 ADDC，ADDB和ADDA：模擬通道選擇，編碼000111分別選中IN0IN7。 ALE：地址鎖存信號(hào)，其上升沿鎖存ADDC，ADDB，ADDA信號(hào)，譯碼后控制模擬開關(guān)，接通8路模擬信號(hào)中相應(yīng)的一路。 CLK：輸入時(shí)鐘，為A/D轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘信號(hào)，典型工作頻率640HZ。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖啟動(dòng)ADDCADDA選中的一路模擬信號(hào)開始

14、轉(zhuǎn)換。 OE：輸出允許信號(hào)，高電平時(shí)打開三態(tài)輸出緩存器，使轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量從D0D7腳輸出。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，EOC變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換完成后變?yōu)楦唠娖?。根?jù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式，此信號(hào)可有三種方式和單片機(jī)相連。 1）延時(shí)方式：EOC懸空，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，延時(shí)100us后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。 2）查詢方式：EOC接單片機(jī)端口線，查得EOC變高，讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，作為查詢信號(hào)。 3）中斷方式：EOC經(jīng)非門接單片機(jī)的中斷請(qǐng)求端，轉(zhuǎn)換結(jié)果作為中斷請(qǐng)求信號(hào)向單片機(jī)提出中斷申請(qǐng)，在中斷服務(wù)中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。 Vref(+)和Vref(-)：基準(zhǔn)電壓輸入，用于決定模擬電壓的范圍。允許Vref(+)和Vref(-

15、)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)，多數(shù)情況下，Vref(+)接+5V，Vref(-)接GND，此時(shí)輸入量程為05V。當(dāng)轉(zhuǎn)換精度要求不高或電源電壓Vcc較穩(wěn)定和準(zhǔn)確時(shí)，Vref(+)可以接Vcc，否則應(yīng)單獨(dú)提供基準(zhǔn)電源。2.3.2 ADC0809的工作過程 首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換

16、結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，

17、測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。3 多路模擬信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì) 3.1 功能簡介使用ADC0809型號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)與單片機(jī)進(jìn)行通信，將測量的模擬信號(hào)量傳遞給89C51單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后在數(shù)碼管上顯示出來。設(shè)計(jì)中采用開關(guān)來選擇輸入不同通道的模擬信號(hào)。 3.2 總原

18、理圖 圖 3.1 多通道數(shù)據(jù)采集總原理圖 3.2.1 單片機(jī)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖所示，各個(gè)引腳都已經(jīng)標(biāo)出。 圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)其中，振蕩電路以及復(fù)位電路均由單片機(jī)系統(tǒng)自帶。3.2.2 ADC采樣電路 圖3.3 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換3.2.3顯示模塊 本次設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)。 圖3.4 數(shù)碼管3.3 系統(tǒng)流程圖開始初始化采集數(shù)據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換檢測是否轉(zhuǎn)換完畢單片機(jī)存儲(chǔ)LED顯示地址增加NY圖3.5 系統(tǒng)流程圖4 程序代碼#include <reg52.h>#include <intrins.h>#include "lcd.h"#define uch

19、ar unsigned char#define uint unsigned intsbit st=P35;/AD管教定義sbit eoc=P37;sbit oe=P36;sbit clk=P30;/AD時(shí)鐘輸入 定時(shí)器產(chǎn)生sbit chan=P34;/通道選擇，0和1通道sbit chan1=P33;/通道選擇，0和1通道uint val = 0,val1 = 0,val3 = 0,val2 = 0;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(uchar x)uchar z;while(x-)for(z=111;z>0;z-);/*系統(tǒng)初始化*/void init()EA = 1; /開總中斷

20、TMOD = 0x02; /設(shè)定定時(shí)器T0工作方式 TH0=216;TL0=216; /利用T0中斷產(chǎn)生clk信號(hào)TR0=1;ET0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器T0st=0;oe=0; /*AD轉(zhuǎn)換函數(shù)*/uchar read_AD(uchar td)/td 通道uchar AD_DATA=0;if(td = 0)chan = 0;chan1 = 0;else if(td = 1)chan = 1;chan1 = 0;else if(td = 2)chan = 0;chan1 = 1;else if(td = 3)chan = 1;chan1 = 1;delay(10);st=0;delay(10);

21、st=1;delay(10);st=0;while(0=eoc);oe=1;AD_DATA = P1;oe=0;return AD_DATA;/*主函數(shù)*/void main()init();lcdinit();wri(0x80);wrd(1+'0');wrd(':');wri(0x86);wrd('V');wri(0x89);wrd(2+'0');wrd(':');wri(0x8F);wrd('V');wri(0xC0);wrd(3+'0');wrd(':');wr

22、i(0xC6);wrd('V');wri(0xC9);wrd(4+'0');wrd(':');wri(0xCF);wrd('V');for(;)val = read_AD(0)*500.0/255.0;val1 = read_AD(1)*500.0/255.0;val2 = read_AD(2)*500.0/255.0;val3 = read_AD(3)*500.0/255.0;display(0x02,val);display(0x0b,val1);display(0x42,val2);display(0x4b,val3);/*

23、T0中斷服務(wù)程序*/void t0(void) interrupt 1clk=clk;5 仿真結(jié)果與分析、 圖5.1 仿真結(jié)果 圖5.2 仿真結(jié)果通過調(diào)節(jié)電阻來控制模擬信號(hào)的輸入，由上圖可以看出，采集的模擬量經(jīng)過A/D，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值變化。6 調(diào)試圖6-1單片機(jī)程序燒入電路圖6-2供電電路圖6-3實(shí)物圖7 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)的題目是基于A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)和C語言開發(fā)，任務(wù)是設(shè)計(jì)一種多路模擬信號(hào)采集模塊，從多個(gè)通道輪流采集數(shù)據(jù)一次，并將采集的結(jié)果存放在數(shù)組中。要求進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)或仿真，并使用C語言進(jìn)行程序的開發(fā)。 在完成單片機(jī)課程設(shè)計(jì)后,我們發(fā)現(xiàn)我們還有許多不足,所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能被動(dòng)完成。但通過學(xué)習(xí)這一次實(shí)踐,增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,提高和鞏固了單片機(jī)方面的知識(shí),特別是軟件方面。從中增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神,并讓我們認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要。通過一番整理和修改后，在電腦上進(jìn)行仿真，我們認(rèn)真學(xué)習(xí)了Protues和Keil的用法，仿真成功后準(zhǔn)備焊接電路板。在這個(gè)過程中，我們不斷遇到問題，解決問題，收益頗多。在焊接電路板中，我們首先對(duì)硬件電路進(jìn)行布局，