能力擴展訓練課程設計說明書基于AD轉換模塊的單片機仿真和C語言開發(fā)

1、目 錄摘要.i1 設計軟件基礎知識.11.1 c 編譯器 keil 介紹.11.2 51 單片機相關知識.11.3 adc0809 簡介 .12 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計.42.1 單片機電路.42.2 adc 采樣電路 .42.3 顯示模塊.52.4 總原理圖.63 軟件設計.73.1 系統(tǒng)總流程圖.73.2 程序代碼.74 實驗記錄與結果分析.134.1 仿真基本流程.134.2 仿真結果.144.3 結果分析.155 心得體會.16參考文獻.17武漢理工大學能力擴展訓練說明書11 設計軟件基礎知識1.1 c 編譯器 keil 介紹 keil c51 是美國 keil software 公司

2、出品的 51 系列兼容單片機 c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。keil 提供了包括 c 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。 keil c51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 keilsoftware 公司推出的 uvision4 是一款可用于多種 8051mcu 的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，該 ide 同時也是 pk51 及其它開發(fā)套件的一個重

3、要組件。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uvision3 還提供了一個配置向導功能，加速了啟動代碼和配置文件的生成。此外其內置的仿真器可模擬目標 mcu，包括指令集、片上外圍設備及外部信號等。uvision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 mcui/o 引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。uvision4 提供對多種最新的 8051 類微處理器的支持，包括 analogdevices的 aduc83x 和 aduc84x，以及 infineon 的 xc866 等。1.2 51 單片機相關知識51 單片機是對目前所有兼容 intel 8031 指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列

4、單片機的始祖是 intel 的 8031 單片機，后來隨著技術的發(fā)展，成為目前廣泛應用的 8 為單片機之一。單片機是在一塊芯片內集成了 cpu、ram、rom、定時器計數(shù)器和多功能 i/o 口等計算機所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱為 mcu。51 系列單片機內包含以下幾個部件：一個 8 位 cpu；一個片內振蕩器及時鐘電路；4kb 的 rom 程序存儲器；一個 128b 的 ram 數(shù)據(jù)存儲器；尋址 64kb 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64kb 外部程序存儲空間的控制電路；32 條可編程的 i/o 口線；兩個 16 位定時計數(shù)器；一個可編程全雙工串行口；5 個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構

5、。1.3 adc0809 簡介adc0809 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 cmos 工藝 8 通道，8 位逐次逼近式轉換器。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8武漢理工大學能力擴展訓練說明書2路模擬輸入信號中的一個進行 a/d 轉換。（1）主要特性： 1）8 路輸入通道，8 位 a/d 轉換器，即分辨率為 8 位。 2）具有轉換起停控制端。 3）轉換時間為 100s(時鐘為 640khz 時)，130s（時鐘為 500khz 時） 。 4）單個+5v 電源供電 。 5）模擬輸入電壓范圍 0+5v，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40+85 攝

6、氏度 。 7）低功耗，約 15mw。 （2）內部結構adc0809 是 cmos 單片型逐次逼近式 a/d 轉換器，內部結構如圖 1.1 所示，它由 8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關樹型 a/d 轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 圖 1.1 adc0809（3）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位。下降沿啟動 a/d 轉換，之后 eoc 輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到a/d 轉換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖?，指?a/d 轉換結束，結果數(shù)據(jù)

7、已存入鎖存器，這個信號可用作中武漢理工大學能力擴展訓練說明書3斷申請。當 oe 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉換數(shù)據(jù)的傳送 a/d 轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認 a/d 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 1）定時傳送方式 對于一種 a/d 轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如adc0809 轉換時間為 128s，相當于 6mhz 的 mcs-51 單片機共 64 個機器周期。可據(jù)此設計一個延時子程序， a/d 轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉

8、換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 2）查詢方式 a/d 轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如adc0809 的 eoc 端。因此可以用查詢方式，測試 eoc 的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 3）中斷方式 把表明轉換完成的狀態(tài)信號（ eoc）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， oe 信號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。武漢理工大學能力擴展訓練說明書42 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 2.1 單片機電路單片機最小系統(tǒng)如下圖所示，各個引腳都已經(jīng)標出。圖

9、2.1 單片機最小系統(tǒng)其中，振蕩電路以及復位電路均由單片機系統(tǒng)自帶。2.2 adc 采樣電路由于 adc0809 是帶地址鎖存的模數(shù)轉換器件，adda、addb、addc 為模擬通道選擇，編碼為 000111 分別選中 in0in7。ale 為地址鎖存信號，其上升沿鎖存adda、addb、addc 的信號，譯碼后控制模擬開關，接通八路模擬輸入中相應的一路。clk 為輸入時鐘，為 ad 轉換器提供轉換的時鐘信號，典型工作頻率為640khz。start 為 ad 轉換啟動信號，正脈沖啟動 addaaddc 選中的一路模擬信號開始轉換。oe 為輸出允許信號，高電平時候打開三態(tài)輸出緩存器，使轉換后的數(shù)

10、字量從d0d7 輸出。eoc 為轉換結束信號，啟動轉換后 eoc 變?yōu)榈碗娖?，轉換完成后 eoc 變武漢理工大學能力擴展訓練說明書5成高電平。圖 2.2 adc 模數(shù)轉換2.3 顯示模塊以下是 1602 液晶引腳的接線圖，中間沒有接線的為數(shù)據(jù)控制端口。 1602 字符型通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 lcd，多出來的 2 條線是背光電源線 vcc(15 腳)和地線 gnd(16 腳)，其控制原理與 14 腳的 lcd 完全一樣： 圖 2.3 lcd1602 模塊武漢理工大學能力擴展訓練說明書62.4 總原理圖圖 2.4 多通道數(shù)據(jù)采集總原理圖武漢理工大學能力擴展訓練說明書73 軟件

11、設計3.1 系統(tǒng)總流程圖此次設計的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置了 8 路模擬電壓輸入通道。仿真中為了便于調節(jié)輸入的模擬電壓，在輸入模擬信號時采用電阻分壓，最終的采樣輸入電壓便可根據(jù)測試需要調節(jié)，如下為系統(tǒng)總流程圖：開始初始化adc 模數(shù)轉換液晶顯示結束圖 3.1 系統(tǒng)流程圖3.2 程序代碼#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*定義 lcd1602 接口信息*/sbit lcdrs=p30;/數(shù)據(jù)命令選擇位sbit lcden=p31;/使能位sbit lcdrw=p32;/lcd1602 數(shù)據(jù)線接 p0 口/*定義

12、 adc0808 接口信息*/武漢理工大學能力擴展訓練說明書8sbit ada=p20;sbit adb=p21;sbit adc=p22;sbit eoc=p23;sbit clk=p24;sbit start=p25;sbit oe=p26;/*定義數(shù)據(jù)*/uchar string1=xuzhiqiang ad sp; /初始化數(shù)據(jù)uchar string2=chan from 1 to 8;uchar tab=0.0 0.0 0.0 0.0 ;/存放 ad 采集數(shù)據(jù)uchar tab1=0.0 0.0 0.0 0.0 ;uchar num,getdata=0;uint temp=0;/*

13、延時函數(shù)*/void delay(uchar t)uchar x,y;for(x=t;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delayl(uchar ltime)uchar i;for(i=ltime;i0;i-)delay(255);/*寫命令函數(shù)*/void write_com(uchar com)武漢理工大學能力擴展訓練說明書9lcdrs=0;p0=com;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/void write_data(uchar date)lcdrs=1;p0=date;delay(10);lcden=1;de

14、lay(10);lcden=0;void disp(uchar h,l,uchar *p)write_com(0 x80+h*0 x40+l);while(*p!=0)write_data(*p); p+; /*初始化函數(shù)*/void lcdinit()武漢理工大學能力擴展訓練說明書10lcdrw=0;delay(5);lcden=0;/使能位置低電平 write_com(0 x38);write_com(0 x0c);write_com(0 x06);write_com(0 x01);write_com(0 x80);disp(0,0,&string10);disp(1,0,&string2

15、0);delayl(20);void timeinit() tmod=0 x10;/定時器 1 工作于方式 1,16 位不重裝初值 th1=(65536-200)/256; /定時 200us(5khz) tl1=(65536-200)%256; ea=1; et1=1; tr1=1;void adtr(bit adda,addb,addc,uchar channel) start=0;oe=0;start=1;start=0;/a/d 轉換啟動信號，正脈沖啟動選中的模擬信號開始轉換ada=adda;武漢理工大學能力擴展訓練說明書11adb=addb;adc=addc;delay(5);whi

16、le(eoc=0);/啟動轉換后 eoc 變?yōu)?l,轉換結束后變?yōu)?hoe=1;getdata=p1;temp=getdata*1.0/255*50;oe=0;if(channel=4)channel=channel-4;tab14*channel=temp/10+0 x30;tab14*channel+2=temp%10+0 x30;void main() lcdinit();timeinit();while(1) adtr(0,0,0,0); delay(5);武漢理工大學能力擴展訓練說明書12 adtr(0,0,1,1); delay(5); adtr(0,1,0,2); delay(5

17、); adtr(0,1,1,3); delay(5); adtr(1,0,0,4); delay(5); adtr(1,0,1,5); delay(5); adtr(1,1,0,6); delay(5); adtr(1,1,1,7); delay(5);disp(0,0,tab);disp(1,0,tab1); void t1(void) interrupt 3 using 0 th1=(65536-200)/256; tl1=(65536-200)%256; clk=clk;武漢理工大學能力擴展訓練說明書134 實驗記錄與結果分析4.1 仿真基本流程在 keil 軟件中編寫好 c 語言程序，

18、編譯生成.hex 文件。圖 4.1 keil 軟件圖在 protues 軟件中畫好電路元件圖，并將連線接好，見圖 2.4。添加仿真文件。單擊右鍵 at89c52,點擊屬性編輯，出現(xiàn)文件瀏覽對話框，加入對應的 nengliyuozhan.hex 文件，點擊確定,見下圖 4.2。武漢理工大學能力擴展訓練說明書14圖 4.2 單片機屬性編輯框點擊仿真按鍵，lcd1602 便可顯示 8 路電壓采集信號，見圖 4.3 及圖 4.4。4.2 仿真結果圖 4.3 電壓設置值武漢理工大學能力擴展訓練說明書15圖 4.4 采集顯示值如圖 14 所示，8 路模擬通道電壓值分別設置為0、0.5v、1.0v、1.5v

19、、2.0v、3.0v、4.0v、5.0v。經(jīng)過系統(tǒng)處理，lcd1602 顯示的采集值分別為 0、0.5v、1.0v、1.5v、2.0v、3.0v、4.0v、5.0v。系統(tǒng)誤差為 0。改變 8 路輸入信號的電壓值，數(shù)據(jù)可及時在 lcd1602 上顯示。4.3 結果分析通過用 protues 軟件的仿真發(fā)現(xiàn)此次設計的系統(tǒng)原理圖能夠實現(xiàn)電壓的正確測量，而且電壓的誤差較小，1602 液晶屏能夠正確顯示出 8 路電壓測量結果。整個作品能較好的實現(xiàn)基本功能和擴展功能。武漢理工大學能力擴展訓練說明書165 心得體會通過與同學的討論與認真計算設計分析所完成的，課程設計的任務是設計一個多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。需要我們綜合運用單片機等課程的知識，通過查閱資料、方案論證與選定；設計和選取電路和元器件；分析指標及討論，完成設計任務。在這次課程設計中，我學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學到的高頻電路知識。在以后學習中我要加強對使用電路的設