基于AD转换的单片机实验和C语言开发.docx
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基于AD转换的单片机实验和C语言开发
摘要2
1设计软件基础知识3
1.1C编译器Keil介绍3
1.2Proteus软件简介3
2总体设计5
2.2系统框图5
2.351单片机简介5
2.4ADC0809简介6
2.4.1ADC0809部结构6
2.3.2ADC0809的工作过程7
3.1功能简介9
3.2总原理图9
3.2.1单片机电路9
3.2.2ADC采样电路10
3.2.3显示模块11
3.3系统流程图12
4程序代码13
5仿真结果与分析19
6心得体会20
摘要
A/D转换是将连续的模拟量通过取样转换成离散的数字量。
A/D转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。
在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取fs=2.5fmax。
通常采样脉冲的宽度tw很短，故采样输出是断续的窄脉冲。
要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。
量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题是量化误差。
假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。
编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。
这些过程有些是合并进行的。
本次课程设计的要：
基于A/D转换模块的单片机实验和C语言开发，设计一种多路模拟信号采集模块，从多个通道轮流采集数据一次，并将采集的结果存放在数组中。
要求进行电路实验或仿真，并使用C语言进行程序的开发。
1设计软件基础知识
1.1C编译器Keil介绍
KeilC51是美国KeilSoftware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。
KeilC51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IDE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。
1.2Proteus软件简介
Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
其功能特点如下:
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
其功能模块:
—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真;ARESPCB设计。
PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUSVSM:
便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。
此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LED甚至LCD显示CPU模型。
Protues主要特征：
1）支持许多通用的微控制器,如ARM,PIC,AVR,以及8051.
2）交互的装置模型包括:
LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘
3）强大的调试工具,包括寄存器和存储器,断点和单步模式
4）IARC-SPY和KeiluVision4等开发工具的源层调试
革命性的特点：
1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
2总体设计
2.2系统框图
此次设计的多通道数据采集系统设置了4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。
系统框图如图2.1所示
图2.1系统框图
2.351单片机简介
单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），简称单片机。
就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。
本次课程设计选用的是MCS-51系列单片机中的89C51。
MCS-51单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
其部结构框图如图2.2所示。
图2.251部系统结构
2.4ADC0809简介
ADC0809是8位逐次逼近式Ａ/Ｄ转换器。
其部有一个8通道多路模拟开关，片带有三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连接。
它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
2.4.1ADC0809部结构
ADC0809的部结构如图2.3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2.3ADC0809部结构
各部分功能及作用：
IN0~IN7：
8路模拟通道信号输入，通过模拟开关实现8路模拟输入信号分时选通。
ADDC，ADDB和ADDA：
模拟通道选择，编码000~111分别选中IN0~IN7。
ALE：
地址锁存信号，其上升沿锁存ADDC，ADDB，ADDA信号，译码后控制模拟开关，接通8路模拟信号中相应的一路。
CLK：
输入时钟，为A/D转换器提供转换的时钟信号，典型工作频率640HZ。
START：
A/D转换启动信号，正脉冲启动ADDC~ADDA选中的一路模拟信号开始转换。
OE：
输出允许信号，高电平时打开三态输出缓存器，使转换后的数字量从D0~D7脚输出。
EOC：
转换结束信号，启动转换后，EOC变为低电平，转换完成后变为高电平。
根据读入转换结果的方式，此信号可有三种方式和单片机相连。
1）延时方式：
EOC悬空，启动转换后，延时100us后读入转换结果。
2）查询方式：
EOC接单片机端口线，查得EOC变高，读入转换结果，作为查询信号。
3）中断方式：
EOC经非门接单片机的中断请求端，转换结果作为中断请求信号向单片机提出中断申请，在中断服务中读入转换结果。
Vref（+）和Vref（-）：
基准电压输入，用于决定模拟电压的围。
允许Vref（+）和Vref（-）是差动的或不共地的电压信号，多数情况下，Vref（+）接+5V，Vref（-）接GND，此时输入量程为0~5V。
当转换精度要求不高或电源电压Vcc较稳定和准确时，Vref（+）可以接Vcc，否则应单独提供基准电源。
2.3.2ADC0809的工作过程
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128μs，相当于6MHz的MCS-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。
3多路模拟信号采集模块设计
3.1功能简介
使用ADC0809型号的A/D转换器对多路模拟信号进行数据采集，同时与单片机进行通信，将测量的模拟信号量传递给89C51单片机，由单片机进行运算，输出对应的数字量，然后在数码管上显示出来。
设计中采用开关来选择输入不同通道的模拟信号。
3.2总原理图
图3.1多通道数据采集总原理图
3.2.1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3.2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。
3.2.2ADC采样电路
图3.3ADC模数转换
3.2.3显示模块
本次设计采用数码管来显示数据。
图3.4数码管
3.3系统流程图
图3.5系统流程图
4程序代码
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/********************定义LCD1602接口信息********************************/
sbitlcdrs=P3^0;//数据命令选择位
sbitlcden=P3^1;//使能位
sbitlcdrw=P3^2;
//LCD1602数据线接P0口
/********************定义ADC0808接口信息********************************/
sbitADA=P2^0;
sbitADB=P2^1;
sbitADC=P2^2;
sbitEOC=P2^3;
sbitCLK=P2^4;
sbitSTART=P2^5;
sbitOE=P2^6;
/*********************定义数据********************************/
ucharstring1[]="XuzhiqiangADSp";//初始化数据
ucharstring2[]="Chanfrom1to8";
uchartab[]="0.00.00.00.0";//存放AD采集数据
uchartab1[]="0.00.00.00.0";
ucharnum,getdata=0;
uinttemp=0;
/*延时函数*/
voiddelay（uchart）
{
ucharx,y;
for（x=t;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voiddelayl（ucharltime）
{
uchari;
for（i=ltime;i>0;i--）
delay（255）;
}
/*写命令函数*/
voidwrite_（uchar）
{
lcdrs=0;
P0=;
delay（10）;
lcden=1;
delay（10）;
lcden=0;
}
/*写数据函数*/
voidwrite_data（uchardate）
{
lcdrs=1;
P0=date;
delay（10）;
lcden=1;
delay（10）;
lcden=0;
}
voiddisp（ucharh,l,uchar*p）
{
write_（0x80+h*0x40+l）;
while（*p!
='\0'）
{
write_data（*p）;
p++;
}
}
/*初始化函数*/
voidLcdInit（）
{
lcdrw=0;
delay（5）;
lcden=0;//使能位置低电平
write_（0x38）;
write_（0x0c）;
write_（0x06）;
write_（0x01）;
write_（0x80）;
disp（0,0,&string1[0]）;
disp（1,0,&string2[0]）;
delayl（20）;
}
voidTimeInit（）
{
TMOD=0x10;//定时器1工作于方式1,16位不重装初值
TH1=（65536-200）/256;//定时200us（5KHz）
TL1=（65536-200）%256;
EA=1;
ET1=1;
TR1=1;
}
voidAdTr（bitADDA,ADDB,ADDC,ucharchannel）
{
START=0;
OE=0;
START=1;
START=0;//A/D转换启动信号，正脉冲启动选中的模拟信号开始转换
ADA=ADDA;
ADB=ADDB;
ADC=ADDC;
delay（5）;
while（EOC==0）;//启动转换后EOC变为L,转换结束后变为H
OE=1;
getdata=P1;
temp=getdata*1.0/255*50;
OE=0;
if（channel<4）
{
tab[4*channel]=temp/10+0x30;
tab[4*channel+2]=temp%10+0x30;
}
if（channel>=4）
{
channel=channel-4;
tab1[4*channel]=temp/10+0x30;
tab1[4*channel+2]=temp%10+0x30;
}
}
voidmain（）
{
LcdInit（）;
TimeInit（）;
while
（1）
{
AdTr（0,0,0,0）;
delay（5）;
AdTr（0,0,1,1）;
delay（5）;
AdTr（0,1,0,2）;
delay（5）;
AdTr（0,1,1,3）;
delay（5）;
AdTr（1,0,0,4）;
delay（5）;
AdTr（1,0,1,5）;
delay（5）;
AdTr（1,1,0,6）;
delay（5）;
AdTr（1,1,1,7）;
delay（5）;
disp（0,0,tab）;
disp（1,0,tab1）;
}
}
voidt1（void）interrupt3using0
{
TH1=（65536-200）/256;
TL1=（65536-200）%256;
CLK=~CLK;
}
5仿真结果与分析
图5.1图5.2
图5.3图5.4
通过调节电阻来控制模拟信号的输入，由上图可以看出，采集的模拟量经过A/D转换后的数字量分别为：
51、168、130、204。
6心得体会
这次课程设计的题目是基于A/D转换模块的单片机实验和C语言开发，任务是设计一种多路模拟信号采集模块，从多个通道轮流采集数据一次，并将采集的结果存放在数组中。
要求进行电路实验或仿真，并使用C语言进行程序的开发。
这需要我们综合运用单片机等课程的知识，通过查阅资料、方案论证与选定，设计和选取电路和元器件，分析指标及讨论，完成设计任务。
在这次课程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。
动手能力得到很大的提高。
从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的单片机知识。
在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。
但由于电路比较简单、定型，而不是真实的生产、科研任务，所以我们基本上能有章可循，完成起来并不困难。
把过去熟悉的定型分析、定量计算逐步，元器件选择等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。
这对今后从事技术工作无疑是个很好的训练。
通过这种综合训练，我们可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。
在设计的过程中有许多问题，比如自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等。
我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
参考文献
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电子工业，2008
[2]群芳.单片机原理接口与应用.：
清华大学，2005
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国防工业，1999
[4]高峰.单片微机应用系统设计及使用技术.：
机械工业，2007
[5]伟.单片机C语音程序设计实例基于protues仿真.：
电子工业，2007
[6]郭惠.单片机C语言程序设计完全自学手册.：
电子工业，2008
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