12位AD转换器与单片机的接口电路设计要点

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2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。3课程设计任务书4．主要参考文献：①童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002②张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004③陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005④毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005⑤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，2002⑥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，20045．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16日设计答辩与考核系主任审查意见：签字：年月日4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…….................................................................................205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，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。6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，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：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V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7AD574A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。[7].Pin7(V+)——正电源输入端，输入+15V电源。[8].Pin8(REFOUT)——10V基准电源电压输出端。[9].Pin9(AGND)——模拟地端。[10].Pin10(REFIN)——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。8[13].Pin13(10VIN)——10V量程模拟电压输入端。[14].Pin14(20VIN)——20V量程模拟电压输入端。[15].Pin15(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].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54/74LS373两9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tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns12.mW373的输出端O0~O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7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：D0～D7数据输入端OE三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端O0~O7输出端外部管腿图：逻辑图：10真值表：极限值:电源电压………………………………………….7V输入电压54/74S373…………………………….………….5.5V54/74LS373…………………………………….7V输出高阻态时高电平电压………………………….5.5V工作环境温度54XXX………………………………….-55~125℃74XXX………………………………….0~70℃存储温度………………………………………….-65~150℃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V输入高电平电压ViH22V1154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输出低电平电流IOL7420201224mA2.2硬件电路总体及部分设计AD574输入模拟量180C51模拟输入量2AD57474LS373显示输出模拟输入变量……12图2.2.1单片机的内部晶振图2.2.2数码管显示图2.2.374373的接口设计13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，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143.2Keil编程#includereg51.h#includeintrins.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitADout=P1^0;sbitADin=P1^1;sbitCS=P1^2;sbitCLK=P1^3;sbitEOC=P1^4;sbitLE=P1^6;sbitLE2=P1^7;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15ucharduan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c};ucharD=0,wei[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,