《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

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 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）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 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。 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。START 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 LCD 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 unsigned 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 uchar 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(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(0 x80+h*0 x40+l); while(*p!=0) write_data(*p); p+; /*初始化函数*/ void LcdInit() 武汉理工大学能力扩展训练说明书 10 lcdrw=0; delay(5); lcden=0;/使能位置低电平 write_com(0 x38); write_com(0 x0c); write_com(0 x06); write_com(0 x01); write_com(0 x80); disp(0,0, disp(1,0, delayl(20); void TimeInit() TMOD=0 x10;/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; void AdTr(bit ADDA,ADDB,ADDC,uchar channel) 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; 武汉理工大学能力扩展训练说明书 11 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) channel=channel-4; tab14*channel=temp/10+0 x30; tab14*channel+2=temp%10+0 x30; void main() LcdInit(); TimeInit(); while(1) AdTr(0,0,0,0); delay(5); 武汉理工大学能力扩展训练说明书 12 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); void t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-200)/256; TL1=(65536-200)%256; CLK=CLK; 武汉理工大学能力扩展训练说明书 13 4 实验记录与结果分析 4.1 仿真基本流程 在 Keil 软件中编写好 C 语言程序，编译生成.hex 文件。 图 4.1 Keil 软件图 在 Protues 软件中画好电路元件图，并将连线接好，见图 2.4。 添加仿真文件。单击右键 AT89C52,点击属性编辑，出现文件浏览对话框，加入对应 的 nengliyuozhan.hex 文件，点击确定,见下图 4.2。 武汉理工大学能力扩展训练说明书 14 图 4.2 单片机属性编辑框 点击仿真按键，LCD1602 便可显示 8 路电压采集信号，见图 4.3 及图 4.4。 4.2 仿真结果 图 4.3 电压设置值 武汉理工大学能力扩展训练说明书 15 图 4.4 采集显示值 如图 14 所示，8 路模拟通道电压值分别设置为 0、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、3.0V、4.0V、5.0V。经过系统处理，LCD1602 显示的采集 值分别为 0、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、3.0V、4.0V、5.0V。系统误差为 0。 改变 8 路输入信号的电压值，数据可及时在 LCD1602 上显示。 4.3 结果分析 通过用 protues 软件的仿真发现此次设计的系统原理图能够实现电压的正确测量，而 且电压的误差较小，1602 液晶屏能够正确显示出 8 路电压测量结果。整个作品能较好的 实现基本功能和扩展功能。 武汉理工大学能力扩展训练说明书 16 5 心得体会 通过与同学的讨论与认真计算设计分析所完成的，课程设计的任务是设计一个多通道 数据采集系统。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高频电路知识。 在以后学习中我要加强对使