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12012/2013学年第12012/2013学年第1学期课程设计题目12位A/D转换器与单片机的接口电路设计电子与计算机科学技术学院学号:学号:学生姓名：起迄日期：课程设计地点:指导教师:下达任务书日期：2012年12月19日课程设计任务书设计目的:-nnnin.亍！-，!HTmVI!-!千n"！H"!千T1. 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勺应用；4.学习掌握硬件电路设计的全过程。1. 设计内容和要求（包括原始数据、

2、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. 设计基丁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。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：B.H!'n.n.mnBV一n.B9-KH!".9-n.FBn«aI!.nW-!.BT1!.R.m!"in.n,wn.VB.aY！HR1.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

3、主要参考文献：H，Nil4=Hilqy_d-KBBa*J.KBl3M3*aAB<I=li厦_3*AKilAM3J.EMJ.*：AKBHliJtBMaJ. 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002张建华.数字电子技术.北京：机械工业出版社，2004陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2005毕满活.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2005潘永雄.电子线路CAC®用教程.西安：西安电子科技大学出版社，2002张业华.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，2004设计成果形式及要求：提交内容：课程设计说明书（原理设计

4、、PCE®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：P王!(FFk*'，广！F!*!！(!喉V2012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，PCEH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.5摘要5设计课题及任务5功能要求及说明.5第二章硕件设计.6系统设计元器件功能说明

5、7硬件电路总体及部分设计10第三章软件设计.12基本原理内容设计12keil编程调试.13proteus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

6、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。关键字：AD574转换器，80c51单片机，LED数码显示，串行输出设计课题及任务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。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

7、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。仿真。第二章硕件设计系统设计元器件功能说明12位AD574功能及引脚说明AD574盹美国模拟数字公司（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：小丁土1/2LBS或土1LBS转换速率：25us模拟电压输入范围：010V和020V,0一土5

8、V和0一土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AD574A勺引脚说明：1 .Pin1(+V)+5V电源输入端.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。2 .Pin3()片选端.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。3 .Pin5()读转换数据控制端.Pin6(CE)使能端。现在我们来讨论AD574A勺CE、和A0对其工作状态的控制过程。在CE=t=0同时满足时，AD574时会正常工作，在AD57

9、4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AD574础于数据状态时，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。4 .Pin7(V+)正电源输入端，输入+15V电源。5 .Pin8(REFOUT)10V基准电源电压输出端。9.Pin9(AGN

10、D)模拟地端10 .Pin10(REFIN)基准电源电压输入端.Pin(V-)负电源输入端，输入-15V电源.Pin1(V+)正电源输入端，输入+15V电源.Pin13(10VIN)10V量程模拟电压输入端.Pin14(20VIN)20V量程模拟电压输入端。11 .Pin15(DGND)数字地端。12 .Pin16Pin27(DB0DB1112条数据总线。通过这12条数据总线向外输出A/D转换数据。13 .Pin28(STS)工作状态指示信号端，当STS=1时，表示转换器正处丁转换状态，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

11、。AD574A勺工作模式：以上我们所述的是AD574A勺全控状态，如果需AD574A工作丁单一模式，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74LS373CEA0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局8位并行输出有效101接0V1低4位并行输出肩效|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

12、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tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317ns373的输出端O0O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0O7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

13、出端符号：D卜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O0O7输出端外部管腿图：逻辑图：真值表:极限值：电源电压输入电压54/74S37354/74LS373.7V输出高阻态时高电平电压工作环境温度54XXX.-55125C74XXX.070C存储温度-65150C推荐工作条件：54/74S37354LS373/74LS373电源电压Vcc5474最小额定55最大最小额定55最大单位输入高电平电压ViH22V输入低电T7454I2电压ViLV输出高电T7454I2电流IOH-2-1mA输出低电T7454I2电流IOL20201224mA硬件电路总体及部分设计模拟输入变量图2

14、.2.1单片机的内部晶振图2.2.2数码管显示图74373的接口设计图2.2.4AD574接口图第三章软件设计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QQQ1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

15、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|、74LS00与AD574A的使能端CE相连Delay(10)Delay(10)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3.2Keil编程#include<>#include<>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitADout=P1A0;sbitADin=P1Al；sbitCS=P1A2;sbitCLK=P1A3;sbitEOC=

16、P1A4;sbitLE=P1A6;sbitLE2=P1A7;ucharduan=(0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;ucharD=0,wei=(0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;floatk,z;uintn;/延时子函数voiddelay(uintus)(uchari;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/数码管显示子函数voiddisplay(uintAD)(ucharq,b,s,g;/千位、百位、十位、个位q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;

17、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转换和读取子函数，只转换了三路模拟电压信号。uintreadAD(ucharport)uchar

18、ch,i,j;uintad;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;/转换和读取数值while(!EOC);ad>>=1;return(ad);/主函数voidmain()(while(1)(0的数值1的数值2的数值(0的数值1的数值2的数值0的数值1的数值2的数值0的数值1的数值2的数值n=

19、readAD(0x00);/得到通道k=readAD(0x10);/得到通道z=readAD(0x20);/得到通道display(n);/显示一路/display(k);/display(z);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专换结果单次转换结果如下ADC=Vin*(2八12-1)/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=时，ADC=2047验证了仿真的正确性串行A/D专换器TLC2543M理及应用潘志东，刘增华总结通过此次课程设计，

20、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AD574TLC2543,74373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(1.杭州商学院，抗州310035;2.河北秦皇岛港务局电力供应套司，秦皇岛066012)摘要：介绍了一种多通道高精度串行A/呼专换器TLC2543勺主要特点、工作原理和实际应用。关键词：A/D转换器；SPI中图分类号：TN79'2文献标识码：B文章编号

21、：1001-1390(2001)03-004004TheprincipleandapplicationsoftheserialA/DconverterTLC2543PanZhidong,LiuZenghua(1.HangzhouCommerlealCollege,Hangzhou310035,China；PowerSuppliesCompanyofQinhuaugd80PmlBureau,HebeiQinhuangdao066012,China)Abstract:Thispaperintroducesthefeatures,theoperatingprincipleandtheapplicat

22、ionsofTLC2543whichisamulti-channelandhishaccuracyserialA/Deonveer.Keywords:A/Deonveer;SP10引言TLC254渥lrJ公司生产的一种12位开关电容逐次逼近A/附换器，芯片共有11个模拟输入通道。芯片的三个控制端：串行三态输出数据端（DATAOUTPUT）输入数据端（DATAINPUT）、输入/时钟（I/OCLOCK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。片内具有一个l4通道多路选择器用于在11个模拟输入通道和3个内部自测试（SELFTEST）电压中任选一个，可通过对其8位内部控制寄存

23、器进行编程完成通道的选择，并可对输出结果的位数、MSB/LS时前和极性进行选择。1TLC2543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.（4）输出数据单极性或双极性、数据长短、MS威LSB导可编程。（5）正常温度范围内10W喜专换时间。（6）自动采样与保持。（7）片内系统时钟。（8）三种内置自测试方式（9）转换结束信号EOC2引脚及功能TLC2543勺引脚如图1所示，其功能如下AIN0AIN10:11个模拟量输入；西：片选端，负电平有效；DATAINPUT数据输入端；DATAOUTPU嗷据输出端；I/0CLOCK输入/出时钟端；VCC正电源；GND

24、地，EOC转换结束端；REF+正基准电压端，通常接Vcc;REF:负基准电压端，通常接GND工作原理1内部控制寄存器内部控制寄存器有8位，其结构格式如表1所示。内部控制寄存器的设定数据为高位导前，内部控制寄存器各个位的基本功能如下：D7D4作为片内14个通道多路选择器的控制位用于11路模拟量和3个校准电压的选择以及掉电模式的设定。D&D2:用于转换后数据串行输出位数的选择，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'时表示输出数据的最大位导前，为？1'时表示最小位导前。DO为？0时表示输出数据是单极性（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/3期和转换周期（conv）。I/漩期完成对内部控制寄存器的置数和在DATAOUTPUT数据的输出；转换周期是由I/O寸钟同步的内部时钟来控制。在转换周期开始时，EO毓出变低；当转换完成时变高，输出数据寄存器锁存。上电后，cS的电平必须从高到低以开始一次I/g期。内部控制寄存器