项目10数模接口扩展的设计与制作

1、单片机原理与应用（C语言版）嵌 入 式 开 发 初 级嵌 入 式 开 发 初 级目 录10.1 项目要求与分析10.4 项目详细设计10.6 项目小结10.7 项目拓展10.2 项目理论知识10.3 项目概要设计10.5 项目实施10.1 项目要求与分析项目要求与分析10.1.1 项目要求项目要求在数字电压计项目中，除了存储器部分、显示接口部分和键盘部分，还需要模数转换芯片，用于获取电压值。（1）单片机和模数转换芯片连接；（2）模数转换芯片能将模拟电压值转换成数字电压值，送至显示接口电路部分显示；（3）获得的数字电压值保存到数据存储器中，并能够读取查看。10.1 项目要求与分析项目要求与分析1

2、0.1.2 项目要求分析项目要求分析根据项目要求的内容，需要满足以下要求，才可以完成项目的设计。（1）硬件功能要求：系统由单片机、数字存储器、LCD1602、3个按键和模数转换芯片组成，完成单片机和模数转换芯片的连接；（2）软件功能要求：完成模数转换芯片的软件控制功能；10.1 项目要求与分析项目要求与分析模拟量输入输出通道是单片机与控制对象之间的重要接口。（1）A/D转换器即模/数转换器（Analog to Digital Converter， ADC）：将模拟量信号转换成数字量信号的器件。是模拟量输入通道的核心器件。（2）D/A转换器即数/模转换器（Digital to Analog Co

3、nverter， DAC）：将数字量信号转换为模拟量信号的器件。是模拟量输出通道的核心器件。10.1 项目要求与分析项目要求与分析对于数模转化电路的扩展采用非总线扩展方法为了实现上述功能要求，应该掌握以下知识：（1）常用的数模转换芯片及工作原理；（2）单片机和数模转换芯片的硬件连接及软件访问控制；（3）常用的模数转换芯片及工作原理；（4）单片机对模数转换芯片的硬件连接及软件访问控制。10.1 项目要求与分析项目要求与分析为了实现上述功能要求，应该具备以下能力：（1）能够使用Proteus软件的实现硬件功能要求；（2）能够使用Keil软件的实现软件功能要求：完成对模数转换芯片的的访问控制；（3）

4、能够使用Keil软件和Proteus软件的联调开发环境完成整个项目设计，实现要求。10.2 项目理论知识项目理论知识10.2.1 D/A转换芯片转换芯片DAC0832D/A转换器输入的是数字量，输出的是模拟量，完成数字量模拟量的转换 图 DAC转换的原理图D/A转换器的原理：把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加，模拟量输出的关系式如下：Vout=BC10.2 项目理论知识项目理论知识有关D/A转换器的性能指标如下：（1）分辨率：是指输入数字量发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。（2）转换精度：由D/A转换器引入的输出与输入之间的误差。分为绝对转

5、换精度和相对转换精度。（3）转换速率/建立时间：转换速率实际是由建立时间来反映的。建立时间是指当D/A转换器输入数字量有满刻度变化时，从输入数字量到输出模拟量达到与终值相差1/2LSB（最低有效位）相当的模拟量值所需的时间。10.2 项目理论知识项目理论知识1单片机和D/A转换芯片DAC0832的硬件连接DAC0832是一个8位D/A转换器。DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列图如图12-1所示。 图12-1 DAC0832引脚图10.2 项目理论知识项目理论知识编号编号符号符号引脚说明引脚说明编号编号符号符号引脚说明引脚说明1/CS片选信号11VCC电源电源2/WR

6、1第1写信号12ILE数据锁存允许信号数据锁存允许信号3AGND模拟地13/WR2第第2写信号写信号4DI3转换数据输入14/XFER数据传送控制信号数据传送控制信号5DI2转换数据输入15DI4转换数据输入转换数据输入6DI1转换数据输入16DI5转换数据输入转换数据输入7DI0转换数据输入17DI6转换数据输入转换数据输入8Vref基准电压18DI7转换数据输入转换数据输入9Rfb反馈电阻端19Iout2电流输出电流输出210DGND数字地数字地20Iout1电流输出电流输出110.2 项目理论知识项目理论知识2.单片机对D/A转换芯片DAC0832的访问控制DAC0832进行D/A转换，

7、有如下3种工作方式：（1）直通方式：适用于连续反馈控制线路中。此方式下，DAC0832必须通过I/O接口与CPU连接。 （2）单缓冲方式：适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。（3）双缓冲方式：适用于多个D/A转换同步输出的情形。10.2 项目理论知识项目理论知识10.2.2 A/D转换芯片转换芯片ADC0832A/D转换器用于实现模拟量数字量的转换。常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。（1）积分型A/D转换器积分型ADC是一种间接式A/D转换器，其工作原理是先将输入模拟电压转换成中间量（时间T或频率f），然后由定时器/计数器把中间量转换成数字值。（2）逐次逼

8、近型A/D转换器逐次逼近型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从数据的最高位MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。10.2 项目理论知识项目理论知识有关A/D转换器的性能指标如下：（1）分辨率：是指输入模拟量（常为电压）发生变化时，所对应的输出数字量的变化量。（2）转换误差转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。（3）转换时间转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。10.2 项目理论知识项目理论知识1单片机和A/D

9、转换芯片ADC0832的硬件连接ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。 编号编号符号符号引脚说明引脚说明编号编号符号符号引脚说明引脚说明1片选信号5DI数字数据输入数字数据输入2CH0模拟输入通道06DO数字数据输出数字数据输出3CH1模拟输入通道17CLK时钟信号时钟信号4GND地地8VCC/Vref电源电源/参考电压输入参考电压输入10.2 项目理论知识项目理论知识2单片机对A/D转换芯片ADC0832的访问控制正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 个引脚，分别是 、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通

10、信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一起使用。当ADC0832未工作时 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由单片机向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。10.3 项目概要设计项目概要设计10.3.1 数字电压计项目的数模转换接口扩展数字电压计项目的数模转换接口扩展除了单片机外接的数据存储器、液晶LCD和键盘，需要外接A/D转换器部分，这部分需要单片机控制。项目的主

11、要设计内容是：（1）进行硬件电路设计时，需要考虑A/D转换器和单片机连接的I/O端口。（2）进行软件设计时，需要考虑如何控制A/D转换器，如何获得A/D转换数据。10.3 项目概要设计项目概要设计10.3.2 硬件电路的概要设计硬件电路的概要设计有关数字电压计项目的数模转换接口扩展的硬件电路的概要设计内容：（1）A/D转换器控制线部分/CS片选信号，低电平有效。连接至单片机的P3.3引脚。 CLK时钟信号：连接至单片机的P3.4引脚，用于控制A/D转换的过程。（2）A/D转换器数据输入部分模拟信号输入：采用CH0通道输入电压值，连接至可调电阻。数字信号输出：通过DO引脚输出转换后的数字信号，连

12、接至单片机的P3.5引脚数字信号输入：将DO和DI并联在一根数据线上使用。10.3 项目概要设计项目概要设计10.3.3 软件程序的概要设计软件程序的概要设计有关数字电压计项目的数模转换接口扩展的软件设计的软。软件设计的重点是：如何判定按下的键，以及SET键的功能处理、UP键的功能处理和DOWN键的功能处理。10.4 项目详细设计项目详细设计10.4.2 硬件电路的详细设计硬件电路的详细设计根据数字电压计项目的数模转换接口扩展的硬件电路的概要设计，详细的电路设计如下：根据图所示的硬件电路，可以看出：（1）模拟信号输入部分：这部分电路由可调电阻RV1、电压表构成，其中可调电阻用于调节输入的模拟电

13、压量，电压表用于测量输入的模拟电压量。模拟电压量采用CH0通道输入。（2）数字信号输出部分：这部分电路通过DO引脚输出转换后的数字信号，连接至单片机的P3.5引脚。10.4 项目详细设计项目详细设计10.4.3 软件程序的详细设计软件程序的详细设计根据数字电压计项目的数模转换接口扩展的软件概要设计，软件部分的设计主要是：ADC0832的控制。10.5 项目实施项目实施根据上述有关项目的详细设计，现在使用Proteus软件实现系统设计。设计步骤如下：第一步，打开设计；添加元器件；第一步，打开设计；添加元器件；第二步，放置对象（包括元器件和电源终端）并布第二步，放置对象（包括元器件和电源终端）并布

14、局；编辑修改元器件参数；放置连线，连接对象，局；编辑修改元器件参数；放置连线，连接对象，建立原理图。建立原理图。序号序号 库参考名称库参考名称库库描述描述1ADC0832NATDAC 8-bit serial IO ADC1POT-HGACTIVEHigh granularity interactive potentiometer10.5 项目实施项目实施10.5.2 软件程序的实施软件程序的实施有关项目的软件程序的实施，具体步骤如下：第一步，打开项目工程；第一步，打开项目工程；第二步，新建第二步，新建ADC0832子程序源文件并编辑；子程序源文件并编辑；第三步，将新建的第三步，将新建的ADC0832子程序源文件添加到主子程序源文件添加到主程序文件中，程序文件中， 在在main主函数中添加主函数中添加ADC调用程序语调用程序语句；句；10.6 项目仿真与调试项目仿真与调试10.6.1 项目仿真项目仿真仿真的具体步骤如下：第一步，查看第一步，查看存储器电路存储器电路的的工作状态工作状态；第二步，查看第二步，查看显示电路的工作状态显示电路的工作状态；第三步，查看按键第