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 1 学期学 院：电子与计算机科学技术学院专 业：学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：12位a/d转换器与单片机的接口电路设计起 迄 日 期:课程设计地点:指 导 教 师:系主任：下达任务书日期: 2012年 12月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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设计内容和要求（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

2、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. 整理设计内容，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：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主要参考文献： 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2

3、005 潘永雄电子线路cad实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002 张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社，2004 5设计成果形式及要求：提交内容：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24日 查阅资料，熟悉任务要求，理解设计原理2012年12月25日 12月27日 方案设计 2012年12月28日 12月31日 电路原理图，pcb图2013年01月01日 01月13日 电路仿真2013年01月14日 01月15日 整理设计说明书2013年01月

4、16日 设计答辩与考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录第一章 设计任务及功能要求.51.1 摘要51.2 设计课题及任务51.3 功能要求及说明.5第二章 硬件设计.62.1系统设计元器件功能说明72.2硬件电路总体及部分设计10第三章软件设计.123.1基本原理内容设计123.2keil编程调试.133.3proteus仿真电路图.19第三章 结果分析及总结.19附录.20第一章 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，

5、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；

6、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. 整理设计内容，编写设计说明书。5.protues仿真。 第二章 硬件设计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，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，

7、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1/2lbs或1lbs转换速率：25us模拟电压输入范围：010v和020v，05v和010v两档四种电源电压：15v和5v数据输出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式ad574a的引脚说明：1. pin1(+v)+5v电源输入端。2. 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. pin3()片选端。4. pin4(a0)字节地址短周期控制端。与端用来控制启动转换的

8、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. pin5()读转换数据控制端。6. pin6(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。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a

9、0=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。7. pin7(v+)正电源输入端，输入+15v电源。8. pin8(ref out)10v基准电源电压输出端。9. pin9(agnd)模拟地端。10. pin10(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。12. pin1(v+)正电源输入端，输入+15v电源。13. pin13(10v in)10v量程模拟电压输入端。14. pin14(20v in)20v量程模拟电压输入端。15. pin15(dgnd)数

10、字地端。16. pin16pin27(db0db11)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. pin28(sts)工作状态指示信号端，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ad574a工作于单一模式，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

11、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位并行输出有效101接0v0高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 tpd pd54s373/74s373 7ns 525mw54ls373/74ls373 17ns 12.mw373 的输出端 o0o

12、7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但 锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 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： d0d7 数据输入端 oe 三态允许控制端（低电平有效） le 锁存允许端 o0o7 输出端 外部管腿图： 逻辑图： 真值表： 极限值: 电源电压 . 7v 输入电压 54

13、/74s373. 5.5v 54/74ls373. 7v 输出高阻态时高电平电压 . 5.5v 工作环境温度 54xxx . -55125 74xxx . 070 存储温度 . -65150推荐工作条件： 54/74s373 54ls373/74ls373 54电源电压 vcc 74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v 输入高电平电压vih22v 54输入低电平电压vil 7 0.8v 54输出高电平电流ioh 74-2-6.5-1-2.6ma 54输出低电平电流iol 7420201224ma2.2硬件电路总体及部

14、分设计ad574输入模拟量180c51模拟输入量2ad574 74ls373显示输出模拟输入变量图2.2.1 单片机的内部晶振图2.2.2 数码管显示图2.2.3 74373的接口设计图2.2.4 ad574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，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

15、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相连开始发送启动转换信号a/d转换完?成？delay(10)依次读取12位a/d数据数据计算写入对应的数据结束3.2 keil编程#include#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char s

16、bit adout=p10;sbit adin=p11;sbit cs=p12;sbit clk=p13;sbit eoc=p14;sbit le=p16;sbit le2=p17;uchar duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;uchar d=0,wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;float k,z;uint n;/延时子函数void delay(uint us)uchar i;for(i=0;ius;i+) _nop_();/数码管显示子函数void display(uin

17、t 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;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;

18、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;j3;j+)ad=0;ch=port;eoc=1;cs=1;cs=0;clk=0;for(i=0;i12;i+)if(adout) ad|=0x01;adin=(bit)(ch&0x80);clk=1;clk=0;ch=1;ad=1;return(ad);/主函数void main()while(1)n=readad(0x00);/得到通道0的数值k=readad(0x10);/得到通道1的数值

19、z=readad(0x20);/得到通道2的数值display(n);/显示一路/display(k);/display(z); 3.3proteus仿真proteus 仿真图及其pcb板见附录。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 * (212 -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

20、。（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/d转换的原理过程。附录串行ad转换器tlc2543原理及应用潘志东 ，刘增华(1杭州商学院，抗州310035；2河北秦皇岛港务局电力供应套司，秦皇岛066012)摘要：介绍了一种多通道高精度串行ad转换器tlc2543的主要特点、工作原理和实际应用。关键词：ad转换器；spi中图分类号：tn792 文献标识码：b 文章编号：1001-1390(2001)03-004004the princip

21、le and applications of the serial ad converter tlc2543pan zhidong ，liu zenghua(1hangzhou commerleal college，hangzhou 3 10035，china；2power supplies company of qinhuaugd80 pml bureau，hebei qinhuangdao 06601 2，china)abstract：this paper introduces the features， the operating principle and the applicatio

22、ns oftlc2543 which is a multi-channel and hish accuracy serial ad eonveerkey words：ad eonveer；sp10 引言tlc2543是lrj公司生产的一种l2位开关电容逐次逼近ad转换器，芯片共有11个模拟输入通道。芯片的三个控制端： 串行三态输出数据端(data output)、输入数据端(data input)、输入时钟(io 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。片内具有一个l4通道多路选择器用于在11个模拟输入通道和3个内部自测试(selftest)电压中任选一个

23、，可通过对其8位内部控制寄存器进行编程完成通道的选择，并可对输出结果的位数、msblsb导前和极性进行选择。1 tlc2543性能特点(1)12位分辨率。(2)11个模拟输入通道。(3)线性误差1lsb max(4)输出数据单极性或双极性、数据长短、msb或lsb前导可编程。(5)正常温度范围内10ws转换时间。(6)自动采样与保持。(7)片内系统时钟。(8)三种内置自测试方式(9)转换结束信号eoc。2 引脚及功能tlc2543的引脚如图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：数据输出端；i0

24、 clock：输入出时钟端；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gnd3 工作原理31 内部控制寄存器内部控制寄存器有8位，其结构格式如表1所示。内部控制寄存器的设定数据为高位导前，内部控制寄存器各个位的基本功能如下：d7d4：作为片内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出位数的选择，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时表示输出数据的最大位导前，为1时表示最小位导前。do：为0时表示输出数据是单极性(无符号二进制)，为1时表示双极性(有符号二进制)。32 采样过程转换的工作包括二个周期：io周期和转换周期 (conv)。io周期完成对内部控制寄存器的置数和在data output端数据的输出；转换周期是由io时钟同步的内部时钟来控制。在转换周期开始时，eoc输出变低；当转换完成时变高，输出数据寄存器锁存。上电后，cs的电平必须从高到低以开始一次io周期。内部控制寄