12位AD轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2012/2013學(xué)年第12012/2013學(xué)年第12012/2013學(xué)年第1學(xué)期課程設(shè)計(jì)題目12位A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)號:學(xué)號:學(xué)生姓名：起迄日期：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):指導(dǎo)教師:下達(dá)任務(wù)書日期：2012年12月19日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)目的:-nnnin.?。?，!HTmVI!-!千n"！H"!千T1. 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；2. 學(xué)習(xí)簡單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握Protel99的使用方法;3.掌握8051單片機(jī)、12位A/D芯片AD574勺應(yīng)用；4.學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過程。1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、

2、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1. 學(xué)習(xí)掌握8051單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用；2. 學(xué)習(xí)掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及應(yīng)用；2. 設(shè)計(jì)基丁AD574的12位模擬信號采集器的工作原理圖及PCB版圖;3. 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容，編寫設(shè)計(jì)說明書。仿真。3.設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（論文）、圖紙、實(shí)物樣品等：B.H!'n.n.mnBV一n.B9-KH!".9-n.FBn«aI!.nW-!.BT1!.R.m!"in.n,wn.VB.aY！HR1.該設(shè)計(jì)理論上可以實(shí)現(xiàn)某種功能。2. 本課程設(shè)計(jì)說明書。3. 硬件原理圖及PCB圖。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

3、主要參考文獻(xiàn)：H，Nil4=Hilqy_d-KBBa*J.KBl3M3*aAB<I=li廈_3*AKilAM3J.EMJ.*：AKBHliJtBMaJ. 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2002張建華.數(shù)字電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005畢滿活.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005潘永雄.電子線路CAC®用教程.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002張業(yè)華.電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和輔助設(shè)計(jì).北京：航空工業(yè)出版社，2004設(shè)計(jì)成果形式及要求：提交內(nèi)容：課程設(shè)計(jì)說明書（原理設(shè)計(jì)

4、、PCE®作過程要在設(shè)計(jì)說明書詳細(xì)說明）?；疽螅涸O(shè)計(jì)的原理圖滿足任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求。6. 工作計(jì)劃及進(jìn)度：P王!(FFk*'，廣！F!*!！(!喉V2012年12月19日12月24日2012年12月25日12月27日2012年12月28日12月31日2013年01月01日01月13日2013年01月14日01月15日2013年01月16日系主任審查意見：查閱資料，熟悉任務(wù)要求，理解設(shè)計(jì)原理方案設(shè)計(jì)電路原理圖，PCEH電路仿真整理設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)答辯與考核簽字：年月日目錄第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求.5摘要5設(shè)計(jì)課題及任務(wù)5功能要求及說明.5第二章碩件設(shè)計(jì).6系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件功能說明

5、7硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)10第三章軟件設(shè)計(jì).12基本原理內(nèi)容設(shè)計(jì)12keil編程調(diào)試.13proteus仿真電路圖.19第三章結(jié)果分析及總結(jié).19附錄20第一章設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，單片機(jī)對我們的生活影響越來越大，很多工業(yè)領(lǐng)域中都用到單片機(jī)，日常生活中我們也離不開單片機(jī)的應(yīng)用。當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會，隨著電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的不斷發(fā)展，逐漸形成了以數(shù)字系統(tǒng)為主體的格局。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬和數(shù)字電路的借口，正受到日益廣泛的關(guān)注。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的要求也越來越高，新型模

6、擬/數(shù)字和數(shù)字/模擬之間的轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷涌現(xiàn)，正是因?yàn)檫@些，高集成度的邏輯器件應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展迅速，它不斷地更新?lián)Q代以滿足程序的要求，并盡可能的提高其利用率。本課程設(shè)計(jì)就對其中AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換器在微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用加以闡述。關(guān)鍵字：AD574轉(zhuǎn)換器，80c51單片機(jī)，LED數(shù)碼顯示，串行輸出設(shè)計(jì)課題及任務(wù)1. 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；2. 學(xué)習(xí)簡單電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握Protel99的使用方法；3.掌握8051單片機(jī)、12位A/D芯片AD574的應(yīng)用；4.學(xué)習(xí)掌握硬件電路設(shè)計(jì)的全過程。功能要求及說明1. 學(xué)習(xí)掌握8051單片機(jī)的工作原理及應(yīng)用；2. 學(xué)習(xí)掌握12位A/D芯片

7、AD574的工作原理及應(yīng)用；3. 設(shè)計(jì)基于AD574的12位模擬信號采集器的工作原理圖及PCB版圖；4. 整理設(shè)計(jì)內(nèi)容，編寫設(shè)計(jì)說明書。仿真。第二章碩件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)元器件功能說明12位AD574功能及引腳說明AD574盹美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小丁土1/2LBS或土1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入范圍：010V和020V,0一土5

8、V和0一土10V兩檔四種電源電壓：±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式AD574A勺引腳說明：1 .Pin1(+V)+5V電源輸入端.Pin2()數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。2 .Pin3()片選端.Pin4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連接。3 .Pin5()讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端.Pin6(CE)使能端?，F(xiàn)在我們來討論AD574A勺CE、和A0對其工作狀態(tài)的控制過程。在CE=t=0同時滿足時，AD574時會正常工作，在AD57

9、4處于工作狀態(tài)時，當(dāng)=0時A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)=1是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。和A0端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。A0-0時，啟動的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng)A0=1時，按8位A/D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng)=1,也即當(dāng)AD574礎(chǔ)于數(shù)據(jù)狀態(tài)時，A0和控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng)=1時，數(shù)據(jù)以12位并行輸出，當(dāng)=0時，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當(dāng)A0=0時，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位，A0=1時輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。其控制邏輯真值表見表1。4 .Pin7(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源。5 .Pin8(REFOUT)10V基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9.Pin9(AGN

10、D)模擬地端10 .Pin10(REFIN)基準(zhǔn)電源電壓輸入端.Pin(V-)負(fù)電源輸入端，輸入-15V電源.Pin1(V+)正電源輸入端，輸入+15V電源.Pin13(10VIN)10V量程模擬電壓輸入端.Pin14(20VIN)20V量程模擬電壓輸入端。11 .Pin15(DGND)數(shù)字地端。12 .Pin16Pin27(DB0DB1112條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。13 .Pin28(STS)工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng)STS=1時，表示轉(zhuǎn)換器正處丁轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0時，聲明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用

11、。AD574A勺工作模式：以上我們所述的是AD574A勺全控狀態(tài)，如果需AD574A工作丁單一模式，只需將CE端接至+5V電源端，和A0接至0V,僅用端來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)=0時，啟動A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后STS=1表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時將置1,即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。AD574A控制端標(biāo)志意義74LS373CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止x1XXX禁止100X0啟動12位轉(zhuǎn)換100X1啟動8位轉(zhuǎn)換101接+5VX12位并行輸出有效101接0V0局8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出肩效|八D鎖存器（3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性）簡要說明：373為三態(tài)輸出的八D透明鎖

12、存器，共有54/74S373和54/74LS373兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電器特性的典型值如下（不同廠家具體值有差別）:型號tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns373的輸出端O0O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。引

13、出端符號：D卜D7數(shù)據(jù)輸入端OE三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE鎖存允許端O0O7輸出端外部管腿圖：邏輯圖：真值表:極限值：電源電壓輸入電壓54/74S37354/74LS373.7V輸出高阻態(tài)時高電平電壓工作環(huán)境溫度54XXX.-55125C74XXX.070C存儲溫度-65150C推薦工作條件：54/74S37354LS373/74LS373電源電壓Vcc5474最小額定55最大最小額定55最大單位輸入高電平電壓ViH22V輸入低電T7454I2電壓ViLV輸出高電T7454I2電流IOH-2-1mA輸出低電T7454I2電流IOL20201224mA硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)模擬輸入變量圖2

14、.2.1單片機(jī)的內(nèi)部晶振圖2.2.2數(shù)碼管顯示圖74373的接口設(shè)計(jì)圖2.2.4AD574接口圖第三章軟件設(shè)計(jì)硬件電路總體及部分設(shè)計(jì)AD574A的接口電路8051單片機(jī)與AD574A的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路，邏輯控制信號由（、和A0）有8051的數(shù)據(jù)口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖存到輸出端QQQ1和Q2上，用于控制AD574A的工作過程。AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0數(shù)據(jù)總線連至8051,由于我們只使用了8位數(shù)據(jù)口，12位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)8051，所以接地。當(dāng)8051的查詢到STS端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的12位A/D數(shù)據(jù)的高8位讀

15、進(jìn)8051，然后再將低4位讀進(jìn)8051。這里不管AD574A是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE都必須為1,因此將8051的寫控制線和讀控制線通過與非|、74LS00與AD574A的使能端CE相連Delay(10)Delay(10)Delay(10)依次讀取12位A/D數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)束3.2Keil編程#include<>#include<>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitADout=P1A0;sbitADin=P1Al；sbitCS=P1A2;sbitCLK=P1A3;sbitEOC=

16、P1A4;sbitLE=P1A6;sbitLE2=P1A7;ucharduan=(0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;ucharD=0,wei=(0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;floatk,z;uintn;/延時子函數(shù)voiddelay(uintus)(uchari;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/數(shù)碼管顯示子函數(shù)voiddisplay(uintAD)(ucharq,b,s,g;/千位、百位、十位、個位q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;

17、g=AD%10;P0=0xff;LE1=1;P0=wei0;LE1=0;LE2=1;P0=duanq;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei1;LE1=0;LE2=1;P0=duanb;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei2;LE1=0;LE2=1;P0=duans;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei3;LE1=0;LE2=1;P0=duang;LE2=0;delay(10);/TLC2543轉(zhuǎn)換和讀取子函數(shù)，只轉(zhuǎn)換了三路模擬電壓信號。uintreadAD(ucharport)uchar

18、ch,i,j;uintad;ch=port;for(j=0;j<3;j+)(ad=0;ch=port;EOC=1;CS=1;CS=0;CLK=0;for(i=0;i<12;i+)(if(ADout)ad|=0x01;ADin=(bit)(ch&0x80);CLK=1;CLK=0;ch<<=1;ad<<=1;CS=1;/轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)值while(!EOC);ad>>=1;return(ad);/主函數(shù)voidmain()(while(1)(0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值(0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值0的數(shù)值1的數(shù)值2的數(shù)值n=

19、readAD(0x00);/得到通道k=readAD(0x10);/得到通道z=readAD(0x20);/得到通道display(n);/顯示一路/display(k);/display(z);proteus仿真Proteus仿真圖及其pcb板見附錄。第四章結(jié)果分析及總結(jié)ADC專換結(jié)果單次轉(zhuǎn)換結(jié)果如下ADC=Vin*(2八12-1)/ADC=Vin*(2八12-1)/Vref其中Vin是輸入的模擬電壓Vref是標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為5v（注：12位AD最大輸出量為4094）當(dāng)輸入Vin=時，ADC=2047驗(yàn)證了仿真的正確性串行A/D專換器TLC2543M理及應(yīng)用潘志東，劉增華總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，

20、是我學(xué)習(xí)到了很多課外知識：(1)了解了單片機(jī)80c51的基本使用過程及其原理。(2)學(xué)會了proteus仿真軟件的使用方法。(3)學(xué)會了keil與proteus聯(lián)合調(diào)試分析方法。(4)學(xué)會制作簡單的pcb板及相關(guān)軟件的使用。(5)掌握了AD574TLC2543,74373芯片的原理功能及其應(yīng)用電路。(6)明白了A/D轉(zhuǎn)換的原理過程。附錄(1.杭州商學(xué)院，抗州310035;2.河北秦皇島港務(wù)局電力供應(yīng)套司，秦皇島066012)摘要：介紹了一種多通道高精度串行A/呼專換器TLC2543勺主要特點(diǎn)、工作原理和實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換器；SPI中圖分類號：TN79'2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號

21、：1001-1390(2001)03-004004TheprincipleandapplicationsoftheserialA/DconverterTLC2543PanZhidong,LiuZenghua(1.HangzhouCommerlealCollege,Hangzhou310035,China；PowerSuppliesCompanyofQinhuaugd80PmlBureau,HebeiQinhuangdao066012,China)Abstract:Thispaperintroducesthefeatures,theoperatingprincipleandtheapplicat

22、ionsofTLC2543whichisamulti-channelandhishaccuracyserialA/Deonveer.Keywords:A/Deonveer;SP10引言TLC254渥lrJ公司生產(chǎn)的一種12位開關(guān)電容逐次逼近A/附換器，芯片共有11個模擬輸入通道。芯片的三個控制端：串行三態(tài)輸出數(shù)據(jù)端（DATAOUTPUT）輸入數(shù)據(jù)端（DATAINPUT）、輸入/時鐘（I/OCLOCK能形成與微處理器之間數(shù)據(jù)傳輸較快和較為有效的串行外設(shè)接口一SPI。片內(nèi)具有一個l4通道多路選擇器用于在11個模擬輸入通道和3個內(nèi)部自測試（SELFTEST）電壓中任選一個，可通過對其8位內(nèi)部控制寄存

23、器進(jìn)行編程完成通道的選擇，并可對輸出結(jié)果的位數(shù)、MSB/LS時前和極性進(jìn)行選擇。1TLC2543性能特點(diǎn)（1）12位分辨率。（2）11個模擬輸入通道。（3）線性誤差士1LSBMAX.（4）輸出數(shù)據(jù)單極性或雙極性、數(shù)據(jù)長短、MS威LSB導(dǎo)可編程。（5）正常溫度范圍內(nèi)10W喜專換時間。（6）自動采樣與保持。（7）片內(nèi)系統(tǒng)時鐘。（8）三種內(nèi)置自測試方式（9）轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC2引腳及功能TLC2543勺引腳如圖1所示，其功能如下AIN0AIN10:11個模擬量輸入；西：片選端，負(fù)電平有效；DATAINPUT數(shù)據(jù)輸入端；DATAOUTPU嗷據(jù)輸出端；I/0CLOCK輸入/出時鐘端；VCC正電源；GND

24、地，EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束端；REF+正基準(zhǔn)電壓端，通常接Vcc;REF:負(fù)基準(zhǔn)電壓端，通常接GND工作原理1內(nèi)部控制寄存器內(nèi)部控制寄存器有8位，其結(jié)構(gòu)格式如表1所示。內(nèi)部控制寄存器的設(shè)定數(shù)據(jù)為高位導(dǎo)前，內(nèi)部控制寄存器各個位的基本功能如下：D7D4作為片內(nèi)14個通道多路選擇器的控制位用于11路模擬量和3個校準(zhǔn)電壓的選擇以及掉電模式的設(shè)定。D&D2:用于轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)串行輸出位數(shù)的選擇，共有三位數(shù)可供選擇：8位（精度較低，方便單字節(jié)串行數(shù)據(jù)傳輸）、12位（標(biāo)準(zhǔn)位數(shù)）、16位（低四位為零，便于16位串行數(shù)據(jù)傳輸）。D1:為?0'時表示輸出數(shù)據(jù)的最大位導(dǎo)前，為？1'時表示最小位導(dǎo)前。DO為？0時表示輸出數(shù)據(jù)是單極性（無符號二進(jìn)制），為？1'時表示雙極性（有符號二進(jìn)制）。3.2采樣過程轉(zhuǎn)換的工作包括二個周期：I/3期和轉(zhuǎn)換周期（conv）。I/漩期完成對內(nèi)部控制寄存器的置數(shù)和在DATAOUTPUT數(shù)據(jù)的輸出；轉(zhuǎn)換周期是由I/O寸鐘同步的內(nèi)部時鐘來控制。在轉(zhuǎn)換周期開始時，EO毓出變低；當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時變高，輸出數(shù)據(jù)寄存器鎖存。上電后，cS的電平必須從高到低以開始一次I/g期。內(nèi)部控制寄存器