基于AD转换模块的单片机仿真和C语言开发.docx
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基于AD转换模块的单片机仿真和C语言开发
目录
摘要I
1设计软件基础知识1
1.1C编译器Keil介绍1
1.251单片机相关知识1
1.3ADC0809简介1
2多通道数据采集系统设计4
2.1单片机电路4
2.2ADC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
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。
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。
1.251单片机相关知识
51单片机是对目前所有兼容intel8031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。
1.3ADC0809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ＡＤ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100μs（时钟为640kHz时），130μs（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1.1ADC0809
（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。
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。
2.2ADC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000~111分别选中IN0~IN7。
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ADDA~ADDC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D0~D7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变成高电平。
图2.2ADC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2.3LCD1602模块
2.4总原理图
图2.4多通道数据采集总原理图
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：
图3.1系统流程图
3.2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_com（ucharcom）
{
lcdrs=0;
P0=com;
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_com（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_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（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;
}
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4.1Keil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。
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
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。
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。
同时也让我充分认识到自己的空想与实践的差别，认识莫眼高手低，莫闭门造车，知识都在不断更新和流动之中，而扎实的基础是一切创造的源泉，只有从本质上理解了原理，才能更好的于疑途寻求柳暗花明，实现在科学界的美好畅游和寻得创造的快乐。
还有就是每次在组团做试验都会感觉特别的充实。
最后真心的感谢老师对本次课程设计的建议和帮助，正是因此大家就才得以圆满的完成这次课程设计！
参考文献
[1]李群芳,张士军，黄建.单片微型计算机与接口技术.北京：
电子工业出版社，2008
[2]李群芳.单片机原理接口与应用.北京：
清华大学出版社，2005
[3]张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京：
国防工业出版社，1999
[4]高峰.单片微机应用系统设计及使用技术.北京：
机械工业出版社，2007
[5]彭伟.单片机C语音程序设计实例基于protues仿真.北京：
电子工业出版社，2007
[6]郭惠.单片机C语言程序设计完全自学手册.北京：
电子工业出版社，2008
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