基于单片机的AD转换电路与程序设计

目录摘要..............................................................1ABSTRACT..........................................................20文献综述........................................................31引言............................................................31.1任务分析与方案确定...........................................31.2单片机的系统分析..............................................41.3A/D转换器的选取..............................................61.4传感器的数据采集..............................................71.5显示与键盘分析................................................92系统硬件设计...................................................112.1A/D转换的一般步骤...........................................112.2ADC0809内部功能与引脚介绍...................................112.3ADC0809与MCS-51系列单片机的接口方法........................142.4控制器、振荡源和复位电路.....................................152.5键盘与显示电路...............................................173软件设计......................................................183.1A/D转换.....................................................183．2标度变换....................................................213.3数制转换.....................................................223.4键盘程序.....................................................233.5LED显示程序.................................................244结论...........................................................25参考文献.........................................................26致谢.............................................................27西南大学成人高等教育毕业论文（设计）1基于单片机的A/D转换电路与程序设计XXX西南大学工程技术学院，重庆400716摘要：A/D转换是指将模拟信号转换为数字信号，这在信号处理、信号传输等领域具有重要的意义。常用的A/D转换电路有专用A/D集成电路、单片机ADC模块，前者精度高、电路复杂，后者成本低、设计简单。基于单片机的A/D转换电路在实际电路中获得了广泛的应用，论文对这一电路结构进行了详细的研究。关键词：单片机；AD转换器；电路西南大学成人高等教育毕业论文（设计）2BasedonSCMA/DCircuitandProgramDesignTANGXiaolingCollegeofEngineeringandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400716,ChinaAbstract:A/Dconversionreferstoanalogsignalsintodigitalsignals,whichinsignalprocessing,signaltransmissionfieldshasthevitalsignificance.CommonlyusedA/DcircuithasdedicatedA/DICchip,highprecision,theformerADCmodulecircuit,thecomplex,lowcost,simpledesign.BasedonSCMA/Dcircuitinpracticalcircuithasbeenwidelyusedinthecircuit,thispapermakesAdetailedstudyofthestructure.西南大学成人高等教育毕业论文（设计）30文献综述数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号。该系统目的是便于对某些物理量进行监视。数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度。设计时,应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求。在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一。本文采用新颖的方法完成设计,用到的集成芯片主要有8051单片机、ADC0809、等.ADC0809主要作用是对八路模拟信号进行选择采集,并将其转化为八位数字信号,再送至主控制器(8051单片机);由单片机外界键盘控制，由数码管显示。1引言在设计一个控制系统时，首先要对系统进行分析明确设计任务和设计要求，作为系统方案设计的依据。合理选着系统的构成方案，合理规划分硬件和软件的功能，以有利于兼顾性能、价格比和缩短开发周期。硬件设计应以在充分满足系统功能的前提下最简单为原则，在系统的运用中，单片机被广泛运用。A/D转换的方法是由传输信号与接收信号图解方法，借助这种方法可以在已知发，接收点和存储的条件下，制造出各式各样的电器产品。1.1任务分析与方案确定根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分：信号调理电路8路模拟信号的产生与A/D转换器发送端的数据采集与传输控制器西南大学成人高等教育毕业论文（设计）4人机通道的接口电路数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端单片机（或PC机）组成。系统框图如图1所示图1一般系统框图Fig.1generalsystemdiagram1.2单片机的系统分析1.复位电路单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51的RST引脚是复位信号的输入端。复位电平是高电平有效持续时间要有24个时钟周期以上。本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us。方案一：上电复位电路图2上电复位图3外部复位Fig.2TheresetFig.3Externalreset上电瞬间，RST端的的电位与Vcc相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期，在这段时间里，振荡建立时间不超过10ms。复位电路的典型参数为：被测物理量传感器预处理ADC输入接口MCU键盘LED西南大学成人高等教育毕业论文（设计）5C取10uF,R取8.2k,故时间常数=RC=101068.2103=82ms以满足要求。方案二.外部复位电路按下开关时，电源通过电阻对外接电容进行充电，使RES端为高电平，复位按钮松开后，电容通过下拉电阻放电，逐渐使RET端恢复低电平。图4外部上电复位Fig.4Theexternalelectricreset方案三：上电外部复位电路典型的上电外部复位电路是既具有上电复位又具有外部复位电路，上电瞬间，C与Rx构成充电电路，RST引脚出现正脉冲，只要RST保持足够的高电平，就能使单片机复位。一般取C=22uF，R=200,Rx=1k,此时=221061103=22ms当按下按钮，RST出现120010005=4.2V时，使单片机复位。2.振荡源在MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1(19)、XTAL2(18)分别是此放大器的输入端和输出端。方案一：内部方式与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成一个自激振荡器。方案二：外部方式外部振荡器信号的接法与芯片类型有关。CMOS工艺的MCU其XTAL1端接外部时钟信号，XTAL2端可悬空。HMOS工艺的MCU则XTAL2端接外部时西南大学成人高等教育毕业论文（设计）6钟信号，XTAL1端须接地。在MCS-51单片机系列芯片中，用8051或8751芯片可以构成最小系统。因为8051和8751是片内有ROM/EPROM的单片机，用这种芯片构成的单片及最小系统简单、可靠。8051构成的最小系统特点：受集成度所限，只能用于小型控制单元。有可供用户使用的大量的I/O口线。仅有芯片内部的存储器，故存储器的容量有限。8051的应用软件要依靠半导体掩膜技术植入，适于在大批量生产的应用系统中使用。1.3A/D转换器的选取1.转换时间的选择转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8位逐次比较式ADC的转换时间为100us左右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D转换器。2.ADC位数的选择A/D转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。要求精度为0.5%。对于该8个通道的输入信号，8位A/D转换器，其精度为80.39%2输入为0～5V时，分辨率为850.01961122FsNVvFsv—A/D转换器的满量程值N—ADC的二进制位数量化误差为850.0098(1)2(1)222FsNQVv西南大学成人高等教育毕业论文（设计）7ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为A/D转换电路的核心。1.4传感器的数据采集数据采集方式有顺序控制数据采集和程序控制数据采集。方案一：顺序控制数据采集，顾名思义，它是对各路被采集参数，按时间顺序依次轮流采样。原理如下图5所示，系统的性能完全由硬件设备决定。在每次的采集过程中，所采集参数的数目、采样点数、采样速率、采样精度都固定不变。若要改变这些指标，需改变接线或更换设备方能实现。数据采集时，控制多路传输门开启和关闭的信号来自脉冲分配器，在时钟脉冲的推动下，这些控制信号不断循环，使传输门以先后顺序循环启闭。图5顺序数据采集原理Fig.5Sequentialdatacollectionprinciple方案二：程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。如图6所示。西南大学成人高等教育毕业论文（设计）8图6程序控制数据采集原理Fig.6Programcontroldatacollectionprinciple程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。由于顺序控制数据采集方式缺乏通用性和灵