单片机课程设计AD转换.doc

1 目录 一 课程设计目的 2 二 课程设计内容与要求 2 三 芯片简介 3 一 a d 转换芯片 0809 引脚图与功能简介 二 8051 单片机引脚图与引脚功能简介 三 8155 引脚图及功能描述 四 设计方案及程序流程图 10 五 子模块设计及硬件电路连接 12 一 a d 转换模块 二 单片机模块 三 数码管动态扫描模块 六 总程序 19 七 课程设计总结 23 1 收获与体会 2 遇到的问题及解决 八 参考书目 24 2 一 课程设计目的一 课程设计目的 单片机课程设计的目的就是要锻炼学生的实际动手能力 在 理论学习的基础上 通过完成一个具有综合功能的小系统 使学 生将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来 对电子电路 电子元器件等方面的知识进一步加深认识 同时在软件编程 调 试 相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高 为今后能够独立设计单片机应用系统的开发设计工作打下一定的 基础 二 课程设计内容与要求二 课程设计内容与要求 要求每个学生 或小组 都要自己动手独立设计完成一个典 型的单片机应用小系统 设计题目由指导教师提供 也可以自己 选择设计题目 但难度不应小于参考题目 需经指导教师审查后 方可确定是否采纳 一般 4 人为一小组 课程设计的时间为 1 周 设计的最终作品包括硬件和软件两 个部分 要求能够演示并达到设计指标的要求 每个学生 或小 组 在作品完成后 要经指导教师检查通过后才算完成 课程设 计报告每个学生一份 独立完成 设计目的 利用 mcs 51 芯片及相关芯片构成模拟温度检测 设计要求 1 由可变电阻产生 0 5v 连续变化的模拟信号代表温度 0 100 度 2 用 adc 转换器完成模拟量到数字量的转换 3 用 led 数码管显示检测温度结果并精确到小数点后一位 3 三 芯片简介三 芯片简介 一 a d 转换模块 adc0809 是带有 8 位 a d 转换器 8 路多路开关以及微处 理机兼容的控制逻辑的 cmos 组件 它是逐次逼近式 a d 转换 器 可以和单片机直接接口 1 adc0809 的内部逻辑结构 由下图可知 adc0809 由一个 8 路模拟开关 一个地址 锁存与译码器 一个 a d 转换器和一个三态输出锁存器组成 多路开关可选通 8 个模拟通道 允许 8 路模拟量分时输入 共用 a d 转换器进行转换 三态输出锁器用于锁存 a d 转换完的数 字量 当 oe 端为高电平时 才可以从三态输出锁存器取走转换 完的数据 2 adc0809 引脚结构 4 adc0809 各脚功能如下 d7 d0 8 位数字量输出引脚 in0 in7 8 位模拟量输入引脚 vcc 5v 工作电压 gnd 地 ref 参考电压正端 ref 参考电压负端 start a d 转换启动信号输入端 ale 地址锁存允许信号输入端 以上两种信号用于启动 a d 转换 eoc 转换结束信号输出引脚 开始转换时为低电平 当转换结 束时为高电平 oe 输出允许控制端 用以打开三态数据输出锁存器 clk 时钟信号输入端 一般为 500khz a b c 地址输入线 adc0809 对输入模拟量要求 信号单极性 电压范围是 0 5v 若信号太小 必须进行放大 输入的模拟量在转换过程 5 中应该保持不变 如若模拟量变化太快 则需在输入前增加采样 保持电路 地址输入和控制线 4 条 ale 为地址锁存允许输入线 高电平有效 当 ale 线为 高电平时 地址锁存与译码器将 a b c 三条地址线的地址信 号进行锁存 经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换 a b 和 c 为地址输入线 用于选通 in0 in7 上的一路模拟量 输入 通道选择表如下表所示 cba选 择的通 道 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 111in7 数字量输出及控制线 11 条 st 为转换启动信号 当 st 上跳沿时 所有内部寄存器 清零 下跳沿时 开始进行 a d 转换 在转换期间 st 应保持 低电平 eoc 为转换结束信号 当 eoc 为高电平时 表明转换 6 结束 否则 表明正在进行 a d 转换 oe 为输出允许信号 用 于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据 oe 1 输出转换得到的数据 oe 0 输出数据线呈高阻状态 d7 d0 为数字量输出线 clk 为时钟输入信号线 因 adc0809 的内部没有时钟电路 所需时钟信号必须由外界提供 通常使用频率为 500khz vref vref 为参考电压输入 二 8051 单片机引脚图与引脚功能简介 电源 vcc 芯片电源 接 5v vss 接地端 时钟 xtal1 xtal2 晶体振荡电路反相输入端和输出端 控制线 控制线共有 4 根 ale prog 地址锁存允许 片内 eprom 编程脉冲 ale 功能 用来锁存 p0 口送出的低 8 位地址 prog 功能 片内有 eprom 的芯片 在 eprom 编程 期间 此引脚输入编程脉冲 psen 外 rom 读选通信号 rst vpd 复位 备用电源 rst reset 功能 复位信号输入端 vpd 功能 在 vcc 掉电情况下 接备用电源 7 ea vpp 内外 rom 选择 片内 eprom 编程电源 ea 功能 内外 rom 选择端 vpp 功能 片内有 eprom 的芯片 在 eprom 编程期 间 施加编程电源 vpp i o 线 80c51 共有 4 个 8 位并行 i o 端口 p0 p1 p2 p3 口 共 32 个引脚 p3 口还具有第二功能 用于特殊信号输入输 出和控制信号 属控制总线 三 8155 引脚图及功能描述 8155 有 40 个引脚 采用双列直插封装 其引脚图和组成框 图如下页图所示 8 我们对 8155 的引脚分类说明如下 地址 数据线 ad0 ad7 8 条 是低 8 位地址线和数据 线的共用输入总线 常和 51 单片机的 p0 口相连 用于分时传 送地址数据信息 当 ale 1 时 传送的是地址 i o 口总线 22 条 pa0 pa7 pb0 pb7 分别为 a b 口线 用于和外设之间传递数据 pc0 pc5 为 c 端口线 既可 与外设传送数据 也可以作为 a b 口的控制联络线 3 控制总线 8 条 reset 复位线 通常与单片机的复位端相连 复位后 8155 的 3 个端口都为输入方式 wr rd 读 写线 控制 8155 的读 写操作 ale 地址锁存线 高电平有效 它常和单片机的 ale 端 相连 在 ale 的下降沿将单片机 p0 口输出的低 8 位地址信息锁 存到 8155 内部的地址锁存器中 因此 单片机的 p0 口和 8155 连接时 无需外接锁存器 cs 片选线 低电平有效 io m ram 或 i o 口的选择线 当 0 时 选中 8155 的 256 b ram 当 1 时 选中 8155 片内 3 个 i o 端口以及命令 状 态寄存器和定时 计数器 timerin timerout 定时 计数器的脉冲输入 输出线 timerin 是脉冲输入线 其输入脉冲对 8155 内部的 14 位定时 计数器减 1 为输出线 当计数器计满回 0 时 8155 从该线输出 脉冲或方波 波形形状由计数器的工作方式决定 9 作片外 ram 使用 当 ce 0 io m 0 时 8155 只能做片外 ram 使用 共 256 b 其寻址范围由以及 ad0 ad7 的接法决定 这和前面讲到 的片外 ram 扩展时讨论的完全相同 当系统同时扩展片外 ram 芯片时 要注意二者的统一编址 对这 256 b ram 的操作 使用片外 ram 的读 写指令 movx 作扩展 i o 用 当 ce 0 io m 1 时 此时可以对 8155 片内 3 个 i o 端口 以及命令 状态寄存器和定时 计数器进行操作 与 i o 端口和计 数器使用有关的内部寄存器共有 6 个 需要三位地址来区分 10 四 设计方案及程序流程图四 设计方案及程序流程图 数据采集 主要由三大模块组成 a d 转换模块 8051 单 片机模块和七段译码显示模块 首先 通过实验箱产生 0 5v 可调电压 然后 将 0 5v 可调 电压输入 a d 转换进行数模转换 将 0 5v 的模拟量转换成 00h ffh 的数字信号 出入到单 片机中 作为输入量进行倍率变换 并经软件编程实现动态扫描 最终在七段译码显示管上显示出温度变化 该方案的前面部分本应用温度传感器 但试验设备不足 便 用 0 5v 电压代替 之后的过程理论上皆可由实验箱和编程实 现 所以具有较高的可行性 11 开始 a d转 换启动 延时 取a d 输出 倍率转 换 bcd码 转换 动态扫 描显示 延时 12 五 子模块设计及硬件电路连接五 子模块设计及硬件电路连接 一 一 a da d 转换模块 转换模块 1 a d 转换原理图及硬件电路连线图示 13 2 实验内容与步骤 利用实验仪上的 0809 做 a d 转换实验 zh 实验仪上 的 w1 电位器提供模拟量输入 编制程序 将模拟量转换成数字 量 通过发光二极管 l1 l8 显示 a d 转换器大致分有三类 一是双积分 a d 转换器 优点 是精度高 抗干扰性好 价格便宜 但速度慢 二是逐次逼近式 a d 转换器 精度 速度 价格适中 三是并行 a d 转换器 速度快 价格也昂贵 实验用 adc0809 属第二类 是 8 位 a d 转换器 每采集一次一般需 100 s 由于 adc0809 a d 转换 器转换结束后会自动产生 eoc 信号 高电平有效 取反后将其与 8031 的 int0 相连 可以用中断方式读取 a d 转换结果 把 a d 区 0809 的 0 通道 in0 用插针接至 w1 的中心抽头 v01 插孔 0 5v 0809 的 clk 插孔与分频输出端 t4 相连 将 w2 的输入 vin 接 12v 插孔 12v 插孔再连到外置电源 的 12 上 电源内置时 该线已连好 调节 w2 使 v ref 端为 5v 将 a d 区的 vref 连到 w2 的输出 vref 端 exic1 上插上 74ls02 芯片 将有关线路按图连好 将 a d 区 d0 d7 用排线与 bus1 区 xd0 xd7 相连 将 bus3 区 p3 0 用连到数码管显示区 data 插孔 将 bus3 区 p3 1 用连到数码管显示区 clk 插孔 单脉冲发生 sp 插孔连到数码管显示区 clr 插孔 仿真实验系统在 p 状态下 14 以连续方式从起始地址 06d0 运行程序 在数码管上显示 当前采集的电压值转换后的数字量 调节 w1 数码管显示将随着 电压变化而相应变化 典型值为 0 00h 2 5v 80h 5v ffh 3 参考程序 org 06d0h start mov a 00h mov dptr 9000h movx dptr a mov a 00h mov sbuf a mov sbuf a movx a dptr disp mov r0 a anl a 0fh lp mov dptr tab movc a a dptr mov sbuf a mov r7 0fh h55s djnz r7 h55s mov a r0 swap a anl a 0fh movc a a dptr mov sbuf a 15 mov r7 0fh h55s1 djnz r7 h55s1 lcall delay ajmp start tab db 0fch 60h 0dah 0f2h 66h 0b6h 0beh 0e0h db 0feh 0f6h 0eeh 3eh 9ch 7ah 9eh 8eh delay mov r6 0ffh dely2 mov r7 0ffh dely1 djnz r7 dely1 djnz r6 dely2 ret end 二 单片机处理模块 二 单片机处理模块 1 单片机处理模块功能 由于本设计由可变电阻产生 0 5v 连续变化的模拟信号代表温度 0 100 度 于是由单片机来完成由 a d 转换来的数字量到数码管 能显示的 bcd 码的转换 由可变电阻产生 0 5v 连续变化的模 拟信号代表温度 0 100 度的公式为 x d 1000 255 d 4 其中因 要显示到小数点后一位所以多乘以 10 a d 转换输出值为 d 2 单片机处理程序参考 1 取 a d 转换输出值 d sta mov a dptr 2 延时程序 16 mov r6 0c8h loop1 mov r7 0f8h nop loop2 djnz r7 loop2 djnz r6 loop1 3 倍率程序 mov b 04h 将从 ad 转换器输出的数字量乘 4 mul ab mov 40h a mov a b mov 41h a 4 bcd 码转换程序 bmbcd mov r0 40h 被转换数在 40h 开始的 2 个单 元中 共 2 个字节 mov r7 02h 2 个字节 mov r1 4ah 转换后的 bcd 码在 4ah 开始 的 3 个单元中 mov a r0 mov r5 a mov a r1 mov r6 a mov a r7 mov r3 a inc r3 clr a clbcd mov r1 a inc r1 djnz r3 clbcd mov a r7 mov b 08h 17 mul ab mov r3 a lpp0 mov a r5 mov r0 a mov a r7 mov r2 a clr c lpp1 mov a r0 rlc a mov r0 a inc r0 djnz r2 lpp1 mov a r6 mov r1 a mov a r7 mov r2 a inc r2 lpp2 mov a r1 addc a r1 da a mov r1 a inc r1 djnz r2 lpp2 djnz r3 lpp0 mov a r6 mov r1 a mov r2 03h mov r0 4ah mov r1 79h loop3 mov a r0 anl a 0fh mov r1 a mov a r0 swap a anl a 0fh inc r1 mov r1 a 18 loop4 inc r0 inc r1 djnz r2 loop3 三 数码管动态扫描模块及其硬件电路连接图 三 数码管动态扫描模块及其硬件电路连接图 8155 芯片 控制口地址 ff20h a 口 字位 ff21h b 口 字段 ff22h 本实验不需硬件连线 阅读如下硬件原理图了 解连接原理 连续运行程序后 观察 led 显示结果 原理图如下 参考程序 org 00000h mov a 03h 控制字 a b 口输出 mov dptr 0ff20h 控制口地址 movx dptr a 19 mov 7eh 01h 显示缓冲区高位 mov 7dh 02h 送要的显示字符 mov 7ch 03h mov 7bh 04h mov 7ah 05h mov 79h 06h dir mov r0 79h 设缓冲区指针 mov r3 01h 设字位 最低位 mov a 00h 关显示 mov dptr 0ff21h 字位口 movx dptr a ld1 mov a r0 取显示字符 mov dptr seg movc a a dptr mov dptr 0ff22h movx dptr a 字段口输出 mov dptr 0ff21h 设置字位口 mov a r3 movx dptr a 输出 mov r7 0ffh 延时 djnz r7 inc r0 缓冲区指针加一 jb acc 5 ld2 左移 是否是 显示最高位 rl a mov r3 a sjmp ld1 ld2 sjmp dir seg db 0c0h 0f9h 0a4h 0b0h 99h 92h 82h 0f8h db 80h 90h 88h 83h 0c6h 0a1h 86h 84h 六 总程序六 总程序 org 06d0h start mov a 00h mov dptr 9000h 20 movx dptr a mov r6 0c8h loop1 mov r7 0f8h nop loop2 djnz r7 loop2 djnz r6 loop1 sta mov a dptr mov b 04h 将从 ad 转换器输出的数字量乘 4 mul ab mov 40h a mov a b mov 41h a bmbcd mov r0 40h 被转换数在 40h 开始的 2 个单 元中 共 2 个字节 mov r7 02h 2 个字节 mov r1 4ah 转换后的 bcd 码在 4ah 开始 的 3 个单元中 mov a r0 mov r5 a mov a r1 mov r6 a mov a r7 mov r3 a inc r3 clr a clbcd mov r1 a inc r1 djnz r3 clbcd mov a r7 mov b 08h mul ab mov r3 a lpp0 mov a r5 mov r0 a 21 mov a r7 mov r2 a clr c lpp1 mov a r0 rlc a mov r0 a inc r0 djnz r2 lpp1 mov a r6 mov r1 a mov a r7 mov r2 a inc r2 lpp2 mov a r1 addc a r1 da a mov r1 a inc r1 djnz r2 lpp2 djnz r3 lpp0 mov a r6 mov r1 a mov r2 03h mov r0 4ah mov r1 79h loop3 mov a r0 anl a 0fh mov r1 a mov a r0 swap a anl a 0fh inc r1 mov r1 a loop4 inc r0 inc r1 djnz r2 loop3 mov a 03h 动态扫描程序 22 mov dptr 0ff20h movx dptr a dir mov r0 79h mov r3 01h mov a 00h mov dptr 0ff21h movx dptr a ld1 mov a r0 mov dptr seg movc a a dptr mov dptr 0ff22h movx dptr a mov dptr 0ff21h mov a r3 movx dptr a mov r7 0ffh djnz r7 inc r0 jb acc 5 ld2 rl a mov r3 a sjmp ld1 ld2 sjmp dir mov r6 0c8h loop5 mov r