12位AD转换器与单片机的接口电路设计

1、课程设计任务书2012/2013 学年第_J学期学院专业学生姓名课程设计题目电子与计算机科学技术学院学号：12位A/D转换器与单片机的接口电路设计起迄日期：课程设计地占：八、-指导教师：系主任下达任务书日期：2012 年12月19日1. 设计目的：- ht h-b n n vtv a* av * la-K m an b n a n >! va-i!9-1! !TB n tb hi "1 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；2学习简单电路系统设计，掌握 Protel99的使用方法;3 .掌握8051单片机、12位A/D芯片AD574的应用；4 学习掌握硬件电路设计的全过程。2.

2、 设计容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1. 学习掌握8051单片机的工作原理及应用；2. 学习掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及应用；2. 设计基于AD574的12位模拟信号采集器的工作原理图及 PCB版图;3. 整理设计容，编写设计说明书。4. Protues 仿真。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等：n if n an m n nrw « » n ir an ir « an 1. 该设计理论上可以实现某种功能。2. 本课程设计说明书。3. 硬件原理图及PCB图。课程设计任务书4. 主要

3、参考文献：1亠亠B亠 ！亠亠 A-KBBa ABBH J.BI* 厶 _* a=li 亠 童诗白.模拟电子技术基础.：高等教育，2002 建华.数字电子技术.：机械工业，2004 汝全.电子技术常用器件应用手册.：机械工业，2005 毕满清.电子技术实验与课程设计.：机械工业，2005 永雄.电子线路CAD实用教程.：电子科技大学，2002 亚华.电子电路计算机辅助分析和辅助设计.：航空工业，20045. 设计成果形式及要求:提交容：课程设计说明书（原理设计、PCB制作过程要在设计说明书详细说明） 基本要求：设计的原理图满足任务书的设计要求。6. 工作计划及进度:2012年12月19日/12月

4、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日查阅资料，熟悉任务要求，理解设计原理 方案设计电路原理图，PCBffl电路仿真整理设计说明书设计答辩与考核系主任审查意见:签字： 年 月 日第一章1.11.21.3第二章2.12.2第三章3.13.23.3第三章目录设计任务及功能要求摘要设计课题及任务功能要求及说明硬件设计系统设计元器件功能说明硬件电路总体及部分设计软件设计基本原理容设计keil.13proteus.19结果分析及总结.5.610.1212.19第一

5、章设计任务及功能要求1.1摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的 走向深入，单片机对我们的生活影响越来越大，很多工业领域中都用到单片机，日常生活中我们也离不开单片机的应用。当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会，随着电子产业数字化程度的不断发展，逐渐形成了以数字系统为主体的格 局。A/D和D/A转换器作为模拟和数字电路的借口，正受到日益 广泛的关注。随着数字技术的飞速发展，人们对A/D和D/A转换 器的要求也越来越高，新型模拟/数字和数字/模拟之间的转换技术不断涌现，正是因为这些，高集成度的逻辑器件应运而生，而 且发展迅速，它不断地更新换代以满足程序的要求，并尽可能

6、的提高其利用率。本课程设计就对其中AD574模数转换器在微机数 据采集系统中的应用加以阐述。关键字：AD574转换器，80c51单片机，LED数码显示，串行输 出1.2 设计课题及任务1. 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；2 .学习简单电路系统设计，掌握 Protel99的使用方法；3 .掌握8051单片机、12位A/D芯片AD574的应用；4 .学习掌握硬件电路设计的全过程。1.3 功能要求及说明1. 学习掌握8051单片机的工作原理及应用；2. 学习掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及应用；3. 设计基于AD574的12位模拟信号采集器的工作原理图及PCB版图；4. 整理设计容

7、，编写设计说明书。5. Protues 仿真。硬件设计第二章2.1系统设计元器件功能说明 12位AD574功能及引脚说明AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D 转换器，置双极性电路构成的混合集成转换显片， 具有外接元件少，功耗低， 精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻 容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 分辨率：12位非线性误差：小于土 1/2LBS或土 1LBS转换速率：25us模拟电压输入围：0 10V和o 20V, 0± 5V和o土 10V两档四种电源电压：土 15V和5V数据输出格

8、式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式J STSJ DBHSBZ 12/B CS AO RJC CE 1 业十1 REFOUT AGND REF IN V- BFOFF 1QV IN 2OV IM 8765434-9676-50 12 3 4 12345 678 911111AD574A勺引脚说明：O1 9 S 7 6 - n" _T- m _!-!- D D D D D1 . Pin 1(+V) +5V电源输入端。5 40 AD D2 . Pin2()数据模式选择端，通过此引脚 可选择数据纵线是12位或8位输出。3 . Pin 3()片选端。4 . Pin4(A0

9、)字节地址短周期控制端。与 端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。 须注意的是，端TTL电平不能直接+5V或0V连 接。5 . Pin 5()读转换数据控制端。6 . Pin 6(CE)使能端。现在我们来讨论AD574A的CE、和A0对其工作状态的控制过程。在 CE=1 =0同时满足时，AD574A才会正常工作，在 AD574处于工作状态时，当=0时 A/D转换，当=1是进行数据读出。和A0端用来控制启动转换的方式和数据 输出格式。A0-0时，启动的是按完整12位数据方式进行的。当A0=1时，按 8位A/D转换方式进行。当=1,也即当AD574A处于数据状态时，A0和控制 数据输出状态的格式

10、。当=1时，数据以12位并行输出，当=0时，数据以8 位分两次输出。而当A0=0时，输出转换数据的高8位，A0=1时输出A/D转 换数据的低4位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零。其控制逻 辑真值表见表1 O7 .Pin7(V+)正电源输入端，输入+15 V电源。8 . Pin8(REF OUT10V 基准电源电压输出端。9. Pin9(AGND模拟地端。耳*1咖啊QfFWT M10. Pi n10(REF IN)基准电源电压输入端11. Pin(V-)负电源输入端，输入-15V电源。moQV9 TO *1W 0AMALOS flwptns. _GAINSTftCiAoFSGUHPil

11、TMI&tlLE BUSREF OUTBIP OPFAOS74A bref inerrs12 . Pin 1(V+)正电源输入端，输入+15 V电源。13 . Pin 13(10V IN)10V量程模拟电压输入端。IWh*15叭-ibVAU COW 0K3 CVMyrx-MrUTS 二mu护 OUT-WIGiQOM14 . Pin 14(20V IN) 20V 量程模拟电压输入端。15 . Pi n15(DGND)数字地端16 . Pin16 Pin27(DB0 DB11)12条数据总线。通过这12条数据总线 向外输出A/D转换数据。17 . Pin 28(STS)工作状态指示信号端，

12、当STS=1时，表示转换器正处于转换 状态，当STS=0时，声明A/D转换结束， 通过此信号可以判别A/D转换器的工作状 态，作为单片机的中断或查询信号之用。AD574A的工作模式：以上我们所述的是AD574A的全控状态，如果需 AD574AX作 于单一模式，只需将CE端接至+5V电源 端，和A0接至0V,仅用端来控制 A/D转 换的启动和数据输出。当=0时，启动A/D 转换器，经25us后STS=1表明A/D转换 结束，此时将置1,即可从数据端读取数 据。AD574A控制端标志意义CEA0工作状态0XXXX禁止x1XXX禁止100X0启动12位转换100X1启动8位转换101接+5VX12位

13、并行输出有效101接0V0咼8位并行输出有效101接0V1低4位并行输出有效|74LS373八D锁存器（3S,锁存允许输入有回环特性）简要说明:373为 三态输出的八 D透明锁存器，共有54/74S373和54/74LS373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下（不同厂家具 体值有差别）:型号tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317 ns12.mW373的输出端0007可直接与总线相连。当三态允许控制端0E为低电平时，0007为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当0E为高电平时，0007呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但

14、锁存器部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，0随数据D而变。当LE为低电平时，0被 锁存在 已建立的数据电平。 当LE端施密特触发器的输入滞后 作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。引出端符号：DO- D7数据输入端0E三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端0007输出端外部管腿图：Vcc 07 D7 0 0 05 D5 D4 04 LE1 20 | 19 | 18 | 17 | 16 | 15| U| 13 | 1211f 1 II 2 | 3 INI 5 | 6 | 7 | 8 II 9 10E 0q D0 D 5 O2 D2 D3 O3 GND逻辑图:©

15、0O®®®©©极限值:电源电压 7V输入电压 54/74S373 5.5V54/74LS373 7V输出咼阻态时冋电平电压 5.5V工作环境温度54XXX-55125C74XXX070 C 存储温-65150 °C推荐工作条件:54/74S37354LS373/74LS37354 电源电压Vcc74最小4.54.75额定55最大5.55.25最小4.54.75额定55最大5.55.25单 位输入高电平电压ViH22V54输入低电平电压 ViL740.80.80.70.8V54输出高电平电流IOH74-2-6.5-1-2.6mA54输出

16、低电平电流IOL7420201224mA2.2硬件电路总体及部分设计图2.2.1 单片机的部晶振222数码管显示RP1亠心J-!PDADQ FO VaEh 用3血口FD3/AD3 FD电心壬V、/ -和即A国FD 7M37F7QiP21W P2 Ji'Alfl R2J/AI1 円斗屈 甩 hi'AUL山丿1r-即SB常踣J2LUC.1吕“壬Z7一十-g图22 3 74373 的接口设计图 2.2.4AD574 接口图第三章软件设计3.1硬件电路总体及部分设计AD574A的接口电路8051单片机与AD574A的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373和74LS00与非门电路

17、，逻辑控制信号由（、和A0）有8051的数据口 P0发出，并由三态锁存器 74LS373锁存到 输出端Q0 Q1和Q2上，用于控制 AD574A的工作过程。AD 转换器的数据输出也通过 P0数据总线连至8051，由于我们 只使用了 8位数据口， 12位数据分两次读进 8051，所以接 地。当8051的p3.0查询到STS端转换结束信号后，先将转 换后的12位A/D数据的高8位读进8051,然后再将低4位 读进8051。这里不管AD574A是处在启动、转换和输出结果， 使能端CE都必须为1，因此将8051的写控制线和读控制线 通过与非门74LS00与AD574A的使能端CE相连3.2 Keil

18、编程#in clude<reg51.h>#i ncludevi ntri ns.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned char sbit ADout=P1A0;sbit ADi n=P1A1;sbit CS=PM2;sbit CLK=PM3;sbit E0C=PM4;sbit LE=P1A6;sbit LE2=P1A7;uchardua n=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;uchar D=0,wei=0xfe,0xfd,0xf

19、b,0xf7,0xdf,0xef;float k,z;uint n;/延时子函数void delay( uint us)uchar i;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/数码管显示子函数void display( uint AD)uchar q,b,s,g;/千位、百位、十位、个位q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;g=AD%10;PO=Oxff;LE1=1;PO=weiO;LE1=0;LE2=1;P0=dua nq;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei1;LE1=0;LE2=1;P0=dua nb;LE2

20、=0; delay(10);PO=Oxff;LE 1=1;P0=wei2;LE 1=0;LE2=1;P0=dua ns;LE2=0; delay(IO);P0=0xff;LE 1=1;P0=wei3;LE 1=0;LE2=1;P0=dua ng;LE2=0; delay(10);/TLC2543转换和读取子函数，只转换了三路模拟电压信号。uint readAD(uchar port)uchar ch,i,j;uint ad;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(ADo

21、ut) ad|=0x01;ADi n=(bit)(ch&0x80);CLK=1;CLK=0;ch<<=1;ad<<=1;CS=1; while(!EOC);ad>>=1; return(ad);/主函数void mai n()while(1)n=readAD(0x00);k=readAD(0x10); z=readAD(0x20); display (n);/ display(k);/ display(z);3.3proteus 仿真/转换和读取数值/得到通道0的数值/得到通道1的数值/得到通道2的数值/显示一路Proteus仿真图及其pcb板见附录

22、第四章结果分析及总结ADC转换结果单次转换结果如下ADC=Vin * （2八12 -1） /Vref其中Vin是输入的模拟电压Vref是标准基准电压为5v（注：12位AD最大输出量为4094）当输入Vin=2.5v时，ADC=2047验证了仿真的正确性总结通过此次课程设计，是我学习到了很多课外知识：（1）了解了单片机80c51的基本使用过程及其原理。（2）学会了 proteus仿真软件的使用方法。（3）学会了 keil与proteus联合调试分析方法。（4）学会制作简单的pcb板及相关软件的使用。（5）掌握了 AD574 TLC2543, 74373芯片的原理功能及其应用电路。（6）明白了 A

23、/D转换的原理过程。附录串行A/ 转换器TLC2543原理及应用志东，增华（1 商学院，抗州310035 ; 2 港务局电力供应套司，066012）摘要：介绍了一种多通道高精度串行 A/D转换器TLC254啲主要特点、工作原理和实际应用。关键词：A/ D转换器；SPI中图分类号：TN79'2文献标识码：B文章编号：1001-1390（2001）03-0040 04 The principle and applications of the serial A/ D converter TLC2543Pan Zhidong , Liu Zenghua（1 Hangzhou Commerle

24、al College , Hangzhou 3 10035 , China ；2. Power Supplies Company of Qinhuaugd80 Pml Bureau , Hebei Qinhuangdao 06601 2 , China）Abstract : This paper introduces the features, the operating principle and the applications ofTLC2543 which is a multi-channel and hish accuracy serial A/ D eonveer .Key wor

25、ds : A/ D eonveer ; SP10引言TLC2543是 lrJ公司生产的一种l2位开关电容逐次逼近A/ D转换器，芯片共有11个模拟输入通 道。芯片的三个控制端：串行三态输岀数据端（DATA OUTPUT）输入数据端（DATA INPUT）、输入/时钟（I /O CLOCK能形成与微处理器之间数据传输较快和较为有效的串行外设接口一SPI。片具有一个l4通道多路选择器用于在11个模拟输入通道和3个部自测试（SELFTEST）电压中任 选一个，可通过对其8位部控制寄存器进行编程完成通道的选择，并可对输岀结果的位数、MS/LSB导前和极性进行选择。1 TLC2543性能特点（1）12位

26、分辨率。（2）11个模拟输入通道。（3）线性误差 士 1LSBMAX. （4）输岀数据单极性或双极性、数据长短、MS或LSB前导可编程。（5）正常温度围10Ws转换时间。（6）自动采样与保持。（7）片系统时钟。（8）三种置自测试方式（9）转换结束信号EOC 2引脚及功能TLC254啲引脚如图1所示，其功能如下AIN0AIN10: 1 1个模拟量输入；西：片选端， 负电平有效；DATA INPUT数据输入端；DATA OUTPUT数据输岀端；I /0 CLOCK输入/岀时钟端； VCC正电源；GND地,EOC转换结束端；REF+正基准电压端，通常接Vcc； REf一：负基准电压端， 通常接GND

27、工作原理3. 1部控制寄存器部控制寄存器有8位，其结构格式如表1所示。部控制寄存器的设定数据为高位导前，部 控制寄存器各个位的基本功能如下：D7D4作为片14个通道多路选择器的控制位用于1 1路模拟量和3个校准电压的选择以及掉电模式的设定。D3 D2:用于转换后数据串行输岀位数的选择，共有三位数可供选择：8位（精度较低，方便单字节串行数据传输 ）12位（标准位数）、16 位（低四位为零，便于16位串行数据传输）。D1：为？ 0 '时表示输岀数据的最大位导前，为 ？ 1 '时表 示最小位导前。DQ为？ 0时表示输岀数据是单极性（无符号二进制），为？ T时表示双极性（有符号 二进制）。3. 2采样过程转换的工作包括二个周期：I /C周期和转换周期（conv） o I /O周期完成对部控制寄存器的置数 和在DATA OUTP