基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ADC0808數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示(共20頁)

1、 電 子 科 技 大 學(xué)UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA綜合(zngh)課程設(shè)計(jì)題 目 基于(jy)51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ADC0808數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示 學(xué)生(xu sheng)姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 學(xué) 院 行政班號(hào) 2014年6 月 15 日 摘 要摘要(zhiyo)通過上學(xué)期對(duì)數(shù)據(jù)采集的學(xué)習(xí),讓我對(duì)A/D轉(zhuǎn)化器有了一定的了解.A/D轉(zhuǎn)換器是把采集到的采樣模擬信號(hào)量化和編碼后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出的一種器件.而現(xiàn)在A/D轉(zhuǎn)換電路已集成在一塊芯片上.本課程設(shè)計(jì)采用芯片是ADC0808.ADC0808是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8

2、路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制(kngzh)邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 本課程(kchng)設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)ADC0808的數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示,然后把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)化器，ADC0808，逐次逼近式，單片機(jī)目 錄目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc17195 一、設(shè)計(jì)(shj)目的 一、設(shè)計(jì)(shj)目的本課程設(shè)計(jì)的目的就是要鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)具有綜合(zngh)功能的小系統(tǒng)，使學(xué)生將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起

3、來，對(duì)電子電路、電子元器件等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、調(diào)試、相關(guān)儀器設(shè)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(dú)立設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作打下一定的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)(shj)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)以AT89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)ADC0808的數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示。轉(zhuǎn)換后的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 芯片簡(jiǎn)介3.1.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0808是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。1（1）ADC0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由下圖3-1-1可知，ADC0808由一個(gè)8路模擬開

4、關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端高電平時(shí)，才可從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖3-1-1 ADC0808的內(nèi)部(nib)邏輯結(jié)構(gòu)（2）ADC0808引腳結(jié)構(gòu)(jigu)ADC0808各腳功能如下(rxi)：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。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。

5、（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換） HYPERLINK /dz/analog/0/analog-372-1.html t _blank .EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)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(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。本設(shè)計(jì)采用DCLOCK激勵(lì)源，頻率為12MHz。A、B、C：地址輸入線。 圖3-1-2 ADC0808引腳圖ADC0808對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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(dz

6、h)輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入(shr)線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)(zhungti)。D7D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因AD

7、C0808的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，本設(shè)計(jì)采用DCLOCK激勵(lì)源，頻率為12MHz。VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 圖3-1-3 ADC0808的接線圖 圖3-1-4 ADC0808的時(shí)鐘電路設(shè)置 3.1.2 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與引腳功能AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)

8、提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1圖3-1-5 AT89C51的引腳圖主要(zhyo)特性： 與MCS-51 兼容(jin rn) 4K字節(jié)(z ji)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明： VCC：供電(n din)電壓。 GND：接地(jid)。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入

9、。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以(ky)被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并

10、因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能

11、口，如下列所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部(wib)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)(xio yn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期(zhuq)的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程

12、脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器

13、（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖3-1-6 AT89C51的接線圖振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出(shch)。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何

14、要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成(wn chng)。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以(ky)在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理圖如圖所示圖3-2-1 設(shè)計(jì)(sh

15、j)原理電路圖此電路的工作原理是：+5V模擬電壓信號(hào)通過變阻器RV1分壓后由ADC08008的IN0通道進(jìn)入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低電平），經(jīng)過(jnggu)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給六位LED，同時(shí)它還通過其六位I/O口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5產(chǎn)生位選信號(hào)控制數(shù)碼管的亮滅。此外，ADC0808的CLOCK用DCLOCK激勵(lì)源，當(dāng)激勵(lì)源發(fā)出正脈沖時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，P3.5檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否

16、完成，無論轉(zhuǎn)換成功，均從P1口讀取結(jié)果送給LED顯示出來。2硬件電路已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，就可以選取相應(yīng)的芯片和元器件，利用Proteus軟件繪制出硬件的原理，并仔細(xì)地檢查(jinch)修改，直至形成完善的硬件原理圖。3.3程序設(shè)計(jì)根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個(gè)程序模塊構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序，如圖3-3-1所示。3A/D轉(zhuǎn)換子程序用來(yn li)控制對(duì)輸入的模塊電壓信號(hào)的采集測(cè)量，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖3-3-2所示。3開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束圖3-3-1 主程序框圖 圖3-3-2 A/D轉(zhuǎn)換(

17、zhunhun)流程圖3.4仿真(fn zhn)結(jié)果與分析1.當(dāng)IN0口輸入電壓值為0V時(shí)，顯示結(jié)果如圖所示，測(cè)量誤差為0V。圖3-4-1 輸入(shr)電壓為0V時(shí)，LED的顯示結(jié)果2.當(dāng)IN0輸入(shr)電壓值為1.60V時(shí)，顯示結(jié)果1.601V。測(cè)量誤差為0.001V。圖3-4-2 輸入(shr)電壓為1.60V時(shí)，LED的顯示結(jié)果3.當(dāng)IN0口輸入電壓值為3.70V時(shí)，顯示結(jié)果3.691V。測(cè)量誤差為0.009V。圖3-4-3 輸入電壓為3.70V時(shí)，LED的顯示結(jié)果4.當(dāng)IN0口輸入電壓值為5.00V時(shí)，顯示結(jié)果4.980V。測(cè)量誤差為0.02V。圖3-4-4 輸入電壓為5.00V

18、時(shí)，LED的顯示結(jié)果通過以上仿真測(cè)量結(jié)果可得到(d do)電壓表數(shù)據(jù)與數(shù)碼管測(cè)量顯示數(shù)據(jù)以及相對(duì)誤差如下表3-4-1所示：表3-4-1 電壓表值與數(shù)碼管顯示(xinsh)值的相對(duì)誤差表電壓表值/V數(shù)碼管測(cè)量值/V相對(duì)誤差/%0.000.000.000.500.507-1.391.000.9960.401.501.503-0.192.001.9920.402.502.4800.803.002.9880.403.503.4760.684.003.9840.405.004.9800.40從上表顯示結(jié)果分析，當(dāng)電壓表顯示數(shù)值為整數(shù)（不包括0）的時(shí)候(sh hou)，數(shù)碼管顯示的出的測(cè)量值相對(duì)誤差穩(wěn)定在

19、0.40%；也就是說總體相對(duì)誤差在基準(zhǔn)為0.40%上下振蕩，在相鄰兩個(gè)整數(shù)的中間值時(shí)最大（或最?。Ｉ媳盹@示2.5V時(shí)相對(duì)誤差最大（0.80%）。也就是說當(dāng)電壓值為輸入電壓的一半時(shí)，數(shù)據(jù)顯示相對(duì)誤差最大。四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議由于相對(duì)誤差的振蕩不穩(wěn)定性可能給測(cè)量結(jié)果帶來較大的偏差。故而可以通過改進(jìn)電路連接，在AT89C51芯片上加上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路代替ADC0808芯片的DCLOCK激勵(lì)源脈沖從而控制ADC0808的工作，也可以校正ADC0808的基準(zhǔn)電壓，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。五、總結(jié) 經(jīng)過一段時(shí)間的努力，課程設(shè)計(jì)ADC0808數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示基本完成。但設(shè)計(jì)中的不足之處仍然存在。這次設(shè)

20、計(jì)是我第一次用Proteus實(shí)現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對(duì)電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)的使用等都有了新的認(rèn)識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計(jì)和電路圖的仿真的設(shè)計(jì)流程，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表使用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用工作應(yīng)能好，測(cè)量電壓準(zhǔn)確，精度高。系統(tǒng)功能、指標(biāo)達(dá)到了課題的預(yù)期要求、系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的改造，可以增加功能。本文設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表測(cè)量一路電壓的功能，詳細(xì)說明了從原理圖的設(shè)計(jì)、電路圖的仿真再到軟件的調(diào)試。通過本次設(shè)計(jì)(shj)，我對(duì)單

21、片機(jī)這門課有了進(jìn)一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī)芯片，與以往的單片機(jī)相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。設(shè)計(jì)中還用到了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808，以前(yqin)在學(xué)單片機(jī)時(shí)只是對(duì)其理論知識(shí)有了初步的理解(lji)。通過這次設(shè)計(jì)，對(duì)它的工作原理有了更深的理解。在調(diào)試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識(shí)學(xué)得不夠扎實(shí)，對(duì)電路的仿真方面也不夠熟練。總之這次電路的設(shè)計(jì)和仿真，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的功能要求。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，并理論聯(lián)系實(shí)際，爭(zhēng)取在電路設(shè)計(jì)方面能有所提升。六、主要參考文獻(xiàn)1喻萍 郭文川. 單片機(jī)原理與接口技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社. 20062宋鳳娟 孫軍 李國忠. 基于89C51單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)J. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 20073林生 葛紅 金京林 譯 數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐 機(jī)械工業(yè)出版社 20114馬明建 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 西安交通大學(xué)出版社 2012附錄AT89C51單片機(jī)程序#include #include #include timer.h#define _nop Unsigned char shuma=0 xC0,0