12位AD转换器与单片机的接口电路设计

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：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日课程设计任务书1. 设计目的： irT! m !n H n VTa-B!« ITT! m ! H-TV W R TB H 9!n vr VW 9r 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. 设计容和要求（包

2、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。课程设计任务书4. 主要参考文献：1亠亠B亠 ！亠亠 A-KBBa ABBH J.BI* 厶 _* a=li 亠 童诗白.模拟电子技术基础.：高等教

3、育，2002 建华.数字电子技术.：机械工业，2004 汝全.电子技术常用器件应用手册.：机械工业，2005 毕满清.电子技术实验与课程设计.：机械工业，2005 永雄.电子线路CAD实用教程.：电子科技大学，2002 亚华.电子电路计算机辅助分析和辅助设计.：航空工业，20045. 设计成果形式及要求:提交容：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： b!CaP ”*、 TT*！（ !2012年12月19日 12月24日2012年12月25日12月27日2012年12月28日12月31日2013年01

4、月01日 01月13日2013年01月14日01月15日2013年01月16日系主任审查意见：查阅资料，熟悉任务要求，理解设计原理 方案设计电路原理图，PCBffl电路仿真整理设计说明书设计答辩与考核签字：年 月 日目录第一章 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 基本原理容设计 123.2 keil编程调试 .133.3 proteus仿真电路图 .19第三章结果分析及总结 .19附录 20第一章 设计任务及功能要求1.1 摘要

5、 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

6、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。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PC

7、B版图；4. 整理设计容，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，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 ±/2LBS或±LBS转换速率：25us模拟电压输入围：0 10V和020V，0 ±5V和0±0V两档四种

8、电源电压：±5V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AD574A的引脚说明:1 . Pin1(+V) +5V电源输入端。2 . Pin 2()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 . Pin 3()片选端。4-V 1匚1 STS12®【227J DB11/T-1SBCS【326J D01OAO C425D09RJC【524J DBSce a6231 DS7业十7 *223 DB6REFOUT 8 q 213 DBSA(5N& 0g迓203 &B4REF IN 010193 D03v- a11 1

9、6LI DB2BFOFF 12 ITJ DB11QV IM a131&J CW/LWB20V IM 0M 15J DGNL>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 . Pin 6(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-

10、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 O8 . Pi n8(REF OUT) 准电源电压输出端。9 . Pi n9(AGND) 端。10V基模拟地QFFWTMj_*1 2¥林钾10 . Pin10(REF IN)基准 电源电压输入端。11 . Pin(V-)

11、负电源输入 端，输入-15V电源。REF INREF OUTBIP O FF0 TO *10¥AMALOQ uMPtnsA2rl.-IWST*AD5TJALUWerrsKGPHBITMIDI, t-7. Pin7(V+)正电源输入 端，输入+15V电源。12 . Pin 1(V+)正电源输入端，输入+15V电源。10V量mPUTa：'7ranHpMwr即匚riQHEAD5T4ALMParr ntbitsUJNcjr-FM -忖&UTaip=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，

12、 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。13 . Pin 13(10V IN)程模拟电压输入端。14 . Pin 14(20V IN)20V 量 程模拟电压输入端。15 . Pin 15(DGND)数字地端12条数据总线。通过这12条数据总线16 . Pin

13、 16 Pin27(DB0DB11) 向外输出A/D转换数据。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咼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tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317 ns12.mW3

14、73的输出端 0007可直接与总线相连。当三态允许控制端0E为低电平时，0007为正常逻辑状态，可用来驱动负载或 总 线。当0E为高电平时，0007呈高阻态，即不驱动总线， 也不为总线的负载，但锁存器部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，0随数据D而变。当LE为低电平 时，0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：D0D7数据输入端 0E三态允许控制端（低电平 有效）LE锁存允许端0007输出端 外部管腿图：Vcc 07 I)7 0 0 05 Dg D4 04 LE丨20| 19 | 16 II 7 1

15、 16 II 15II 14 1113 1m11H II 2 II all 4 1 5 | 6 II 7 II 8 II 9 |OE Op Dp D 0 O2 02 D3 O3 GND逻辑图:5真值表:极限值：电源电压7V输入电压 54/74S373 5.5V54/74LS373咼电平电压54XXX74XXX7V输出高阻态时5.5V工作环境温度-55125C.070 C 存储温度-65150 C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 位输入高电平电压ViH22

16、V54输入低电平电压 ViL740.80.80.70.8V54输出高电平电流 IOH74-2-6.5-1-2.6mA-TiiLJHIT-丐 A54输出低电平电流IOL7420201224mA2.2硬件电路总体及部分设计模 拟 输 入 量2模拟输入变量图2.2.1单片机的部晶振-1.11 e rr-OFUEzw1蓟孔刍 hd"F3IL2H图222数码管显示RPd用二匚口4讥E霸'二£RD 即AM PO li'ADIH3 2/AD2 PDl/ADl PC di'AZ.dFD蚪心 POACfiFtl XFF=7 I.-4K I'AIO円於M2图2.

17、2.374373的接口设计图 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80

18、51，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相连发送启动转换信号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3.2 Keil 编程#in clude<reg51.h> #in clude<i ntri ns.h> #defi ne uint un sig ned int#define uchar unsigned charsbit ADout=P1A0;sbit ADi n=PMl；sbit C

19、S=P1A2;sbit CLK=P1A3;sbit EOC=P1A4;sbit LE=P1A6;sbit LE2=P1A7;uchar duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c ;uchar D=0,wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;float k,z;uint n;/ 延时子函数void delay(uint us) uchar i;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/ 数码管显示子函数void display(uint AD)uchar q,b,s,g; /

20、千位、百位、十位、个位 q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;g=AD%10;P0=0xff;LE1=1;P0=wei0;LE1=0;LE2=1;P0=duanq;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei1;LE1=0;LE2=1;P0=duanb;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei2;LE1=0;LE2=1;P0=duans;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei3;LE1=0;LE2=1;P0=duang;LE2=0;delay(10);/TLC2543 转换

21、和读取子函数，只转换了三路模拟电压信号 uint readAD(uchar port)uchar ch,i,j;uint ad; ch=port; for(j=0;j<3;j+) ad=0;ch=port;EOC=1;CS=1;CS=0;CLK=0;for(i=0;i<12;i+)if(ADout) ad|=0x01;ADin=(bit)(ch&0x80);CLK=1;CLK=0;ch<<=1;ad<<=1;CS=1;while(!EOC);ad>>=1;return(ad);/主函数void main()while(1)n=readAD

22、(0x00);k=readAD(0x10);z=readAD(0x20); display(n);/ display(k);/ display(z);/转换和读取数值/得到通道 0 的数值/得到通道 1 的数值/得到通道 2 的数值/显示一路3.3 proteus 仿真Proteus 仿真图及其 pcb 板见附录。第四章 结果分析及总结ADC 转换结果单次转换结果如下ADC=Vin * (2八12 -1) / Vref其中 Vin 是输入的模拟电压Vref 是标准基准电压为 5v(注：12 位 AD 最大输出量为 4094)当输入Vin=2.5v时，ADC=2047，验证了仿真的正确性总结 通

23、过此次课程设计，是我学习到了很多课外知识：(1) 了解了单片机 80c51 的基本使用过程及其原理。(2) 学会了 proteus仿真软件的使用方法。(3) 学会了 keil与proteus联合调试分析方法。(4) 学会制作简单的 pcb 板及相关软件的使用。(5) 掌握了 AD574， TLC2543， 74373 芯片的原理功 能及其应用电路。( 6) 明白了 A/D 转换的原理过程。附录串行A/ D转换器TLC2543原理及应用志东 ，增华（1 商学院，抗州 310035 ； 2港务局电力供应套司，066012）摘要：介绍了一种多通道高精度串行 A/D转换器TLC254啲主要特点、工作原

24、理和实际应用。 关键词：A/ 转换器；SPI中图分类号： TN79'2 文献标识码： B 文章编号： 1001-1390（2001）03-0040 04 The principle and applications of the serial A/ D converter TLC2543Pan Zhidong ， Liu Zenghua（1 Hangzhou Commerleal College ，Hangzhou 3 10035 ，China ；2 Power Supplies Company of Qinhuaugd80 Pml Bureau，Hebei Qinhuangdao 0

25、6601 2 ， China）Abstract ：This paper introduces the features， the operating principle and the applications ofTLC2543 which is a multi-channel and hish accuracy serial A/D eonveer Key words ： A/ D eonveer ； SP10 引言TLC2543是lrJ公司生产的一种12位开关电容逐次逼近A/ D转换器，芯片共有11个模拟输入通 道。芯片的三个控制端：串行三态输岀数据端（DATAOUTPUT、输入数据端（

26、DATA INPUT）、输入/时钟（I /O CLOCK能形成与微处理器之间数据传输较快和较为有效的串行外设接口一SPI。片具有一个14通道多路选择器用于在11个模拟输入通道和3个部自测试（SELFTEST）电压中任 选一个，可通过对其 8位部控制寄存器进行编程完成通道的选择，并可对输岀结果的位数、MSB/LSB导前和极性进行选择。1 TLC2543性能特点（1）12位分辨率。（2）11个模拟输入通道。（3）线性误差 士 1LSBMAX. 输岀数据单极性或双极性、数据长短、MS或LSB前导可编程。（5）正常温度围10Ws转换时间。 （6）自动采样与保持。 （7） 片系统时钟。 （8） 三种置自

27、测试方式 （9） 转换结束信号 EOC。 2引脚及功能TLC254啲引脚如图1所示，其功能如下AINOAIN10: 1 1个模拟量输入；西：片选端， 负电平有效；DATA INPUT数据输入端；DATA OUTPUT数据输岀端；I /0 CLOCK输入/岀时钟端； VCC正电源；GND地,EOC转换结束端；REF+正基准电压端，通常接Vcc； REF一 :负基准电压端， 通常接 GND3 工作原理 3. 1 部控制寄存器 部控制寄存器有 8位，其结构格式如表 1所示。部控制寄存器的设定数据为高位导前，部 控制寄存器各个位的基本功能如下 D7D4 作为片 14个通道多路选择器的控制 位用于1 1路模拟量和 3个校准电压的选择以及掉电模式的设定。D3、 D2 用于转换后数据串行输岀位数的选择，共有三位数可供选择8位（精度较低，方便单字节串行数据传输 ）、 12位（标准位数）、 16位（低四位为零，便于 16位串行数据传输 ）。 D1 为?0'时表示输岀数据的最大位导前，为 ?1'时表示 最小位导前。 DO 为?0时表示输岀数据是单极性 （无符号二进制 ），为?1'时表示双极性 （有符号二进 制）。3. 2 采样过程转换的工作包括二个周期：I /C周期和转换周期（conv） o I /0周期完成对部控制寄存器的置数