電 子 科 技 大 學UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA綜合課程設計題 目 基于51單片機實現(xiàn)ADC0808數(shù)模轉換與顯示 學生姓名 學 號 專 業(yè) 學 院 行政班號 2014年6 月 15 日 17摘要通過上學期對數(shù)據(jù)采集的學習,讓我對A/D轉化器有了一定的了解.A/D轉換器是把采集到的采樣模擬信號量化和編碼后，轉換成數(shù)字信號并輸出的一種器件.而現(xiàn)在A/D轉換電路已集成在一塊芯片上.本課程設計采用芯片是ADC0808.ADC0808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，可以和單片機直接接口。 本課程設計以AT89C51單片機為核心，實現(xiàn)ADC0808的數(shù)模轉換與顯示,然后把轉換后的結果顯示在數(shù)碼管上。關鍵字：數(shù)據(jù)采集，A/D轉化器，ADC0808，逐次逼近式，單片機目 錄一、設計目的1二、設計要求和設計指標1三、設計內容13.1 芯片簡介.13.1.1 A/D轉換模塊13.1.2 AT89C51單片機的結構原理與引腳功能33.2電路設計73.3程序設計8四、本設計改進建議10五、總結11六、主要參考文獻12附錄12一、設計目的本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、設計要求和設計指標以AT89C51單片機為核心，實現(xiàn)ADC0808的數(shù)模轉換與顯示。轉換后的結果顯示在數(shù)碼管上。三、設計內容3.1 芯片簡介3.1.1 A/D轉換模塊ADC0808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，可以和單片機直接接口。1（1）ADC0808的內部邏輯結構由下圖3-1-1可知，ADC0808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端高電平時，才可從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。圖3-1-1 ADC0808的內部邏輯結構（2）ADC0808引腳結構ADC0808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。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）。本設計采用DCLOCK激勵源，頻率為12MHz。A、B、C：地址輸入線。 圖3-1-2 ADC0808引腳圖ADC0808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。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為高電平時，表明轉換結束；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ADC0808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，本設計采用DCLOCK激勵源，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的時鐘電路設置 3.1.2 AT89C51單片機的結構原理與引腳功能AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1圖3-1-5 AT89C51的引腳圖主要特性： 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。 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。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以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、定時器、計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能直到下一個硬件復位為止。3.2電路設計設計原理圖如圖所示圖3-2-1 設計原理電路圖此電路的工作原理是：+5V模擬電壓信號通過變阻器RV1分壓后由ADC08008的IN0通道進入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低電平），經過模/數(shù)轉換后，產生相應的數(shù)字量經過其輸出通道傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負責把接收到的數(shù)字量經過數(shù)據(jù)處理，產生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給六位LED，同時它還通過其六位I/O口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5產生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。此外，ADC0808的CLOCK用DCLOCK激勵源，當激勵源發(fā)出正脈沖時啟動A/D轉換，P3.5檢測A/D轉換是否完成，無論轉換成功，均從P1口讀取結果送給LED顯示出來。2硬件電路已經設計完成，就可以選取相應的芯片和元器件，利用Proteus軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。3.3程序設計根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖3-3-1所示。3A/D轉換子程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，并將對應的數(shù)值存入相應的內存單元，其轉換流程圖如圖3-3-2所示。3開始初始化調用A/D轉換子程序調用顯示子程序結束圖3-3-1 主程序框圖 圖3-3-2 A/D轉換流程圖3.4仿真結果與分析1.當IN0口輸入電壓值為0V時，顯示結果如圖所示，測量誤差為0V。圖3-4-1 輸入電壓為0V時，LED的顯示結果2.當IN0輸入電壓值為1.60V時，顯示結果1.601V。測量誤差為0.001V。圖3-4-2 輸入電壓為1.60V時，LED的顯示結果3.當IN0口輸入電壓值為3.70V時，顯示結果3.691V。測量誤差為0.009V。圖3-4-3 輸入電壓為3.70V時，LED的顯示結果4.當IN0口輸入電壓值為5.00V時，顯示結果4.980V。測量誤差為0.02V。圖3-4-4 輸入電壓為5.00V時，LED的顯示結果通過以上仿真測量結果可得到電壓表數(shù)據(jù)與數(shù)碼管測量顯示數(shù)據(jù)以及相對誤差如下表3-4-1所示：表3-4-1 電壓表值與數(shù)碼管顯示值的相對誤差表電壓表值/V數(shù)碼管測量值/V相對誤差/%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從上表顯示結果分析，當電壓表顯示數(shù)值為整數(shù)（不包括0）的時候，數(shù)碼管顯示的出的測量值相對誤差穩(wěn)定在0.40%；也就是說總體相對誤差在基準為0.40%上下振蕩，在相鄰兩個整數(shù)的中間值時最大（或最?。?。上表顯示2.5V時相對誤差最大（0.80%）。也就是說當電壓值為輸入電壓的一半時，數(shù)據(jù)顯示相對誤差最大。四、本設計改進建議由于相對誤差的振蕩不穩(wěn)定性可能給測量結果帶來較大的偏差。故而可以通過改進電路連接，在AT89C51芯片上加上時鐘電路和復位電路代替ADC0808芯片的DCLOCK激勵源脈沖從而控制ADC0808的工作，也可以校正ADC0808的基準電壓，減少測量誤差，提高測量準確度。五、總結 經過一段時間的努力，課程設計ADC0808數(shù)模轉換與顯示基本完成。但設計中的不足之處仍然存在。這次設計是我第一次用Proteus實現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經驗?；趩纹瑱C的數(shù)字電壓表使用性強、結構簡單、成本低、外接元件少。在實際應用工作應能好，測量電壓準確，精度高。系統(tǒng)功能、指標達到了課題的預期要求、系統(tǒng)在硬件設計上充分考慮了可擴展性，經過一定的改造，可以增加功能。本文設計主要實現(xiàn)了簡易數(shù)字電壓表測量一路電壓的功能，詳細說明了從原理圖的設計、電路圖的仿真再到軟件的調試。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計采用了AT89C51單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。設計中還用到了模/數(shù)轉換芯片ADC0808，以前在學單片機時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。在調試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練?？傊@次電路的設計和仿真，基本上達到了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方面能有所提升。六、主要參考文獻1喻萍 郭文川. 單片機原理與接口技術. 化學工業(yè)出版社. 20062宋鳳娟 孫軍 李國忠. 基于89C51單片機的數(shù)字電壓表設計J. 工業(yè)控制計算機. 20073林生 葛紅 金京林 譯 數(shù)字設計原理與實踐 機械工業(yè)出版社 20114馬明建 數(shù)據(jù)采集與處理技術 西安交通大學出版社 2012附錄AT89C51單片機程序#include #include #include timer.h#define _nop Unsigned char shuma=0xC0,0xF9,0xA4,0xb