《能力扩展训练》课程设计说明书-基于AD转换模块的单片机仿真和C语言开发.doc
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1、目 录 摘要I 1 设计软件基础知识.1 1.1 C 编译器 Keil 介绍.1 1.2 51 单片机相关知识.1 1.3 ADC0809 简介 1 2 多通道数据采集系统设计.4 2.1 单片机电路.4 2.2 ADC 采样电路 4 2.3 显示模块5 2.4 总原理图6 3 软件设计.7 3.1 系统总流程图.7 3.2 程序代码.7 4 实验记录与结果分析.13 4.1 仿真基本流程.13 4.2 仿真结果.14 4.3 结果分析.15 5 心得体会.16 参考文献.17 武汉理工大学能力扩展训练说明书 1 1 设计软件基础知识 1.1 C 编译器 Keil 介绍 Keil C51 是美
2、国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统, 与汇编相比,C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易 用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器 等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易 理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 KeilSoftware 公司推出的 uVision4 是一款可用于多种 8051MCU 的集成开发环境(IDE), 该 ID
3、E 同时也是 PK51 及其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、 模板编辑以及改进的搜索功能外,uVision3 还提供了一个配置向导功能,加速了启动代码 和配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标 MCU,包括指令集、片上外围设备 及外部信号等。uVision3 提供逻辑分析器,可监控基于 MCUI/O 引脚和外设状态变化下 的程序变量。uVision4 提供对多种最新的 8051 类微处理器的支持,包括 AnalogDevices 的 ADuC83x 和 ADuC84x,以及 Infineon 的 XC866 等。 1.2 51 单片机相关知识 51 单片机是对目前所
4、有兼容 intel 8031 指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始 祖是 intel 的 8031 单片机,后来随着技术的发展,成为目前广泛应用的 8 为单片机之一。 单片机是在一块芯片内集成了 CPU、RAM、ROM、定时器计数器和多功能 I/O 口等计 算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路,又称为 MCU。51 系列单片机内包含以下 几个部件:一个 8 位 CPU;一个片内振荡器及时钟电路;4KB 的 ROM 程序存储器;一 个 128B 的 RAM 数据存储器;寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储空间的 控制电路;32 条可编程的 I/O 口线;两个 16 位
5、定时计数器;一个可编程全双工串行口; 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 1.3 ADC0809 简介 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道,8 位逐次逼近式转 换器。其内部有一个 8 通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通 8 武汉理工大学能力扩展训练说明书 2 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。 (1)主要特性: 1)8 路输入通道,8 位 A/D 转换器,即分辨率为 8 位。 2)具有转换起停控制端。 3)转换时间为 100s(时钟为 640kHz 时),130s(时钟为 500kHz 时) 。 4)单个+5V 电源供电 。 5
6、)模拟输入电压范围 0+5V,不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-40+85 摄氏度 。 7)低功耗,约 15mW。 (2)内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器,内部结构如图 1.1 所示,它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近寄存器、 逻辑控制和定时电路组成。 图 1.1 ADC0809 (3)工作过程 首先输入 3 位地址,并使 ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。 START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D 转换,之后 EOC 输出信
7、号变低,指示转换正在进行。直到A/D 转换完成, EOC 变为高电平,指示 A/D 转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中 武汉理工大学能力扩展训练说明书 3 断申请。当 OE 输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总 线上。 转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传 送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成,因为只有确认完成后,才能进行传送。为 此可采用下述三种方式。 1)定时传送方式 对于一种 A/D 转换其来说,转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如 ADC0809 转换时间为 128s,相当于 6MHz 的 MC
8、S-51 单片机共 64 个机器周期。可 据此设计一个延时子程序, A/D 转换启动后即调用此子程序,延迟时间一到,转换肯 定已经完成了,接着就可进行数据传送。 2)查询方式 A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号,例如ADC0809 的 EOC 端。因此可 以用查询方式,测试 EOC 的状态,即可确认转换是否完成,并接着进行数据传送。 3)中断方式 把表明转换完成的状态信号( EOC)作为中断请求信号,以中断方式进行数据传 送。 不管使用上述哪种方式,只要一旦确定转换完成,即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时, OE 信号即有效,把转换数据送上数据总线,供单 片机接受。
9、 武汉理工大学能力扩展训练说明书 4 2 多通道数据采集系统设计 2.1 单片机电路 单片机最小系统如下图所示,各个引脚都已经标出。 图 2.1 单片机最小系统 其中,振荡电路以及复位电路均由单片机系统自带。 2.2 ADC 采样电路 由于 ADC0809 是带地址锁存的模数转换器件,ADDA、ADDB、ADDC 为模拟通道 选择,编码为 000111 分别选中 IN0IN7。ALE 为地址锁存信号,其上升沿锁存 ADDA、ADDB、ADDC 的信号,译码后控制模拟开关,接通八路模拟输入中相应的一路。 CLK 为输入时钟,为 AD 转换器提供转换的时钟信号,典型工作频率为 640KHz。STA
10、RT 为 AD 转换启动信号,正脉冲启动 ADDAADDC 选中的一路模拟信号 开始转换。OE 为输出允许信号,高电平时候打开三态输出缓存器,使转换后的数字量从 D0D7 输出。EOC 为转换结束信号,启动转换后 EOC 变为低电平,转换完成后 EOC 变 武汉理工大学能力扩展训练说明书 5 成高电平。 图 2.2 ADC 模数转换 2.3 显示模块 以下是 1602 液晶引脚的接线图,中间没有接线的为数据控制端口。 1602 字符型通 常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD,多出来的 2 条线是背光电源线 VCC(15 脚)和地 线 GND(16 脚),其控制原理与 14 脚的 L
11、CD 完全一样: 图 2.3 LCD1602 模块 武汉理工大学能力扩展训练说明书 6 2.4 总原理图 图 2.4 多通道数据采集总原理图 武汉理工大学能力扩展训练说明书 7 3 软件设计 3.1 系统总流程图 此次设计的多通道数据采集系统设置了 8 路模拟电压输入通道。仿真中为了便于调 节输入的模拟电压,在输入模拟信号时采用电阻分压,最终的采样输入电压便可根据测 试需要调节,如下为系统总流程图: 开始 初始化 ADC 模数转换 液晶显示 结束 图 3.1 系统流程图 3.2 程序代码 #include #define uchar unsigned char #define uint uns
12、igned int /*定义 LCD1602 接口信息 */ sbit lcdrs=P30;/数据命令选择位 sbit lcden=P31;/使能位 sbit lcdrw=P32; /LCD1602 数据线接 P0 口 /*定义 ADC0808 接口信息 */ 武汉理工大学能力扩展训练说明书 8 sbit ADA=P20; sbit ADB=P21; sbit ADC=P22; sbit EOC=P23; sbit CLK=P24; sbit START=P25; sbit OE=P26; /*定义数据*/ uchar string1=“Xuzhiqiang AD Sp“; /初始化数据 uc
13、har string2=“Chan from 1 to 8“; uchar tab=“0.0 0.0 0.0 0.0 “;/存放 AD 采集数据 uchar tab1=“0.0 0.0 0.0 0.0 “; uchar num,getdata=0; uint temp=0; /*延时函数*/ void delay(uchar t) uchar x,y; for(x=t;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void delayl(uchar ltime) uchar i; for(i=ltime;i0;i-) delay(255); /*写命令函数*/ void write_com
14、(uchar com) 武汉理工大学能力扩展训练说明书 9 lcdrs=0; P0=com; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0; /*写数据函数*/ void write_data(uchar date) lcdrs=1; P0=date; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0; void disp(uchar h,l,uchar *p) write_com(0x80+h*0x40+l); while(*p!=0) write_data(*p); p+; /*初始化函数*/ void LcdInit() 武汉理
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