12位AD轉換器與單片機的接口電路設計

1、課程設計任務書2012/2013 學年第_J學期學院專業(yè)學生姓名課程設計題目電子與計算機科學技術學院學號：12位A/D轉換器與單片機的接口電路設計起迄日期：課程設計地占：八、-指導教師：系主任下達任務書日期：2012 年12月19日1. 設計目的：- ht h-b n n vtv a* av * la-K m an b n a n >! va-i!9-1! !TB n tb hi "1 掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；2學習簡單電路系統(tǒng)設計，掌握 Protel99的使用方法;3 .掌握8051單片機、12位A/D芯片AD574的應用；4 學習掌握硬件電路設計的全過程。2.

2、 設計容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）：1. 學習掌握8051單片機的工作原理及應用；2. 學習掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及應用；2. 設計基于AD574的12位模擬信號采集器的工作原理圖及 PCB版圖;3. 整理設計容，編寫設計說明書。4. Protues 仿真。3 .設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書（論文）、圖紙、實物樣品等：n if n an m n nrw « » n ir an ir « an 1. 該設計理論上可以實現(xiàn)某種功能。2. 本課程設計說明書。3. 硬件原理圖及PCB圖。課程設計任務書4. 主要

3、參考文獻：1亠亠B亠 ！亠亠 A-KBBa ABBH J.BI* 厶 _* a=li 亠 童詩白.模擬電子技術基礎.：高等教育，2002 建華.數(shù)字電子技術.：機械工業(yè)，2004 汝全.電子技術常用器件應用手冊.：機械工業(yè)，2005 畢滿清.電子技術實驗與課程設計.：機械工業(yè)，2005 永雄.電子線路CAD實用教程.：電子科技大學，2002 亞華.電子電路計算機輔助分析和輔助設計.：航空工業(yè)，20045. 設計成果形式及要求:提交容：課程設計說明書（原理設計、PCB制作過程要在設計說明書詳細說明） 基本要求：設計的原理圖滿足任務書的設計要求。6. 工作計劃及進度:2012年12月19日/12月

4、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日查閱資料，熟悉任務要求，理解設計原理 方案設計電路原理圖，PCBffl電路仿真整理設計說明書設計答辯與考核系主任審查意見:簽字： 年 月 日第一章1.11.21.3第二章2.12.2第三章3.13.23.3第三章目錄設計任務及功能要求摘要設計課題及任務功能要求及說明硬件設計系統(tǒng)設計元器件功能說明硬件電路總體及部分設計軟件設計基本原理容設計keil.13proteus.19結果分析及總結.5.610.1212.19第一

5、章設計任務及功能要求1.1摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷的 走向深入，單片機對我們的生活影響越來越大，很多工業(yè)領域中都用到單片機，日常生活中我們也離不開單片機的應用。當今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應用的社會，隨著電子產業(yè)數(shù)字化程度的不斷發(fā)展，逐漸形成了以數(shù)字系統(tǒng)為主體的格 局。A/D和D/A轉換器作為模擬和數(shù)字電路的借口，正受到日益 廣泛的關注。隨著數(shù)字技術的飛速發(fā)展，人們對A/D和D/A轉換 器的要求也越來越高，新型模擬/數(shù)字和數(shù)字/模擬之間的轉換技術不斷涌現(xiàn)，正是因為這些，高集成度的邏輯器件應運而生，而 且發(fā)展迅速，它不斷地更新?lián)Q代以滿足程序的要求，并盡可能

6、的提高其利用率。本課程設計就對其中AD574模數(shù)轉換器在微機數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)中的應用加以闡述。關鍵字：AD574轉換器，80c51單片機，LED數(shù)碼顯示，串行輸 出1.2 設計課題及任務1. 掌握電子電路的一般設計方法和設計流程；2 .學習簡單電路系統(tǒng)設計，掌握 Protel99的使用方法；3 .掌握8051單片機、12位A/D芯片AD574的應用；4 .學習掌握硬件電路設計的全過程。1.3 功能要求及說明1. 學習掌握8051單片機的工作原理及應用；2. 學習掌握12位A/D芯片AD574的工作原理及應用；3. 設計基于AD574的12位模擬信號采集器的工作原理圖及PCB版圖；4. 整理設計容

7、，編寫設計說明書。5. Protues 仿真。硬件設計第二章2.1系統(tǒng)設計元器件功能說明 12位AD574功能及引腳說明AD574A是美國模擬數(shù)字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D 轉換器，置雙極性電路構成的混合集成轉換顯片， 具有外接元件少，功耗低， 精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的阻 容件即可構成一個完整的A/D轉換器，其主要功能特性如下： 分辨率：12位非線性誤差：小于土 1/2LBS或土 1LBS轉換速率：25us模擬電壓輸入圍：0 10V和o 20V, 0± 5V和o土 10V兩檔四種電源電壓：土 15V和5V數(shù)據(jù)輸出格

8、式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式J STSJ DBHSBZ 12/B CS AO RJC CE 1 業(yè)十1 REFOUT AGND REF IN V- BFOFF 1QV IN 2OV IM 8765434-9676-50 12 3 4 12345 678 911111AD574A勺引腳說明：O1 9 S 7 6 - n" _T- m _!-!- D D D D D1 . Pin 1(+V) +5V電源輸入端。5 40 AD D2 . Pin2()數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳 可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。3 . Pin 3()片選端。4 . Pin4(A0

9、)字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動轉換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連 接。5 . Pin 5()讀轉換數(shù)據(jù)控制端。6 . Pin 6(CE)使能端?，F(xiàn)在我們來討論AD574A的CE、和A0對其工作狀態(tài)的控制過程。在 CE=1 =0同時滿足時，AD574A才會正常工作，在 AD574處于工作狀態(tài)時，當=0時 A/D轉換，當=1是進行數(shù)據(jù)讀出。和A0端用來控制啟動轉換的方式和數(shù)據(jù) 輸出格式。A0-0時，啟動的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進行的。當A0=1時，按 8位A/D轉換方式進行。當=1,也即當AD574A處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時，A0和控制 數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式

10、。當=1時，數(shù)據(jù)以12位并行輸出，當=0時，數(shù)據(jù)以8 位分兩次輸出。而當A0=0時，輸出轉換數(shù)據(jù)的高8位，A0=1時輸出A/D轉 換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補零。其控制邏 輯真值表見表1 O7 .Pin7(V+)正電源輸入端，輸入+15 V電源。8 . Pin8(REF OUT10V 基準電源電壓輸出端。9. Pin9(AGND模擬地端。耳*1咖啊QfFWT M10. Pi n10(REF IN)基準電源電壓輸入端11. Pin(V-)負電源輸入端，輸入-15V電源。moQV9 TO *1W 0AMALOS flwptns. _GAINSTftCiAoFSGUHPil

11、TMI&tlLE BUSREF OUTBIP OPFAOS74A bref inerrs12 . Pin 1(V+)正電源輸入端，輸入+15 V電源。13 . Pin 13(10V IN)10V量程模擬電壓輸入端。IWh*15叭-ibVAU COW 0K3 CVMyrx-MrUTS 二mu護 OUT-WIGiQOM14 . Pin 14(20V IN) 20V 量程模擬電壓輸入端。15 . Pi n15(DGND)數(shù)字地端16 . Pin16 Pin27(DB0 DB11)12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條數(shù)據(jù)總線 向外輸出A/D轉換數(shù)據(jù)。17 . Pin 28(STS)工作狀態(tài)指示信號端，

12、當STS=1時，表示轉換器正處于轉換 狀態(tài)，當STS=0時，聲明A/D轉換結束， 通過此信號可以判別A/D轉換器的工作狀 態(tài)，作為單片機的中斷或查詢信號之用。AD574A的工作模式：以上我們所述的是AD574A的全控狀態(tài)，如果需 AD574AX作 于單一模式，只需將CE端接至+5V電源 端，和A0接至0V,僅用端來控制 A/D轉 換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當=0時，啟動A/D 轉換器，經25us后STS=1表明A/D轉換 結束，此時將置1,即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù) 據(jù)。AD574A控制端標志意義CEA0工作狀態(tài)0XXXX禁止x1XXX禁止100X0啟動12位轉換100X1啟動8位轉換101接+5VX12位

13、并行輸出有效101接0V0咼8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出有效|74LS373八D鎖存器（3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性）簡要說明:373為 三態(tài)輸出的八 D透明鎖存器，共有54/74S373和54/74LS373 兩種線路 結構型式，其主要電器特性的典型值如下（不同廠家具 體值有差別）:型號tpdPd54S373/74S3737ns525mW54LS373/74LS37317 ns12.mW373的輸出端0007可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端0E為低電平時，0007為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總 線。當0E為高電平時，0007呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但

14、鎖存器部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端LE為高電平時，0隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，0被 鎖存在 已建立的數(shù)據(jù)電平。 當LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后 作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。引出端符號：DO- D7數(shù)據(jù)輸入端0E三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE鎖存允許端0007輸出端外部管腿圖：Vcc 07 D7 0 0 05 D5 D4 04 LE1 20 | 19 | 18 | 17 | 16 | 15| U| 13 | 1211f 1 II 2 | 3 INI 5 | 6 | 7 | 8 II 9 10E 0q D0 D 5 O2 D2 D3 O3 GND邏輯圖:©

15、0O®®®©©極限值:電源電壓 7V輸入電壓 54/74S373 5.5V54/74LS373 7V輸出咼阻態(tài)時冋電平電壓 5.5V工作環(huán)境溫度54XXX-55125C74XXX070 C 存儲溫-65150 °C推薦工作條件:54/74S37354LS373/74LS37354 電源電壓Vcc74最小4.54.75額定55最大5.55.25最小4.54.75額定55最大5.55.25單 位輸入高電平電壓ViH22V54輸入低電平電壓 ViL740.80.80.70.8V54輸出高電平電流IOH74-2-6.5-1-2.6mA54輸出

16、低電平電流IOL7420201224mA2.2硬件電路總體及部分設計圖2.2.1 單片機的部晶振222數(shù)碼管顯示RP1亠心J-!PDADQ FO VaEh 用3血口FD3/AD3 FD電心壬V、/ -和即A國FD 7M37F7QiP21W P2 Ji'Alfl R2J/AI1 円斗屈 甩 hi'AUL山丿1r-即SB常踣J2LUC.1呂“壬Z7一十-g圖22 3 74373 的接口設計圖 2.2.4AD574 接口圖第三章軟件設計3.1硬件電路總體及部分設計AD574A的接口電路8051單片機與AD574A的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路

17、，邏輯控制信號由（、和A0）有8051的數(shù)據(jù)口 P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373鎖存到 輸出端Q0 Q1和Q2上，用于控制 AD574A的工作過程。AD 轉換器的數(shù)據(jù)輸出也通過 P0數(shù)據(jù)總線連至8051，由于我們 只使用了 8位數(shù)據(jù)口， 12位數(shù)據(jù)分兩次讀進 8051，所以接 地。當8051的p3.0查詢到STS端轉換結束信號后，先將轉 換后的12位A/D數(shù)據(jù)的高8位讀進8051,然后再將低4位 讀進8051。這里不管AD574A是處在啟動、轉換和輸出結果， 使能端CE都必須為1，因此將8051的寫控制線和讀控制線 通過與非門74LS00與AD574A的使能端CE相連3.2 Keil

18、編程#in clude<reg51.h>#i ncludevi ntri ns.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned char sbit ADout=P1A0;sbit ADi n=P1A1;sbit CS=PM2;sbit CLK=PM3;sbit E0C=PM4;sbit LE=P1A6;sbit LE2=P1A7;uchardua n=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;uchar D=0,wei=0xfe,0xfd,0xf

19、b,0xf7,0xdf,0xef;float k,z;uint n;/延時子函數(shù)void delay( uint us)uchar i;for(i=0;i<us;i+)_nop_();/數(shù)碼管顯示子函數(shù)void display( uint AD)uchar q,b,s,g;/千位、百位、十位、個位q=AD/1000;b=AD/100%10;s=AD/10%10;g=AD%10;PO=Oxff;LE1=1;PO=weiO;LE1=0;LE2=1;P0=dua nq;LE2=0;delay(10);P0=0xff;LE1=1;P0=wei1;LE1=0;LE2=1;P0=dua nb;LE2

20、=0; delay(10);PO=Oxff;LE 1=1;P0=wei2;LE 1=0;LE2=1;P0=dua ns;LE2=0; delay(IO);P0=0xff;LE 1=1;P0=wei3;LE 1=0;LE2=1;P0=dua ng;LE2=0; delay(10);/TLC2543轉換和讀取子函數(shù)，只轉換了三路模擬電壓信號。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(ADo

21、ut) ad|=0x01;ADi n=(bit)(ch&0x80);CLK=1;CLK=0;ch<<=1;ad<<=1;CS=1; while(!EOC);ad>>=1; return(ad);/主函數(shù)void mai n()while(1)n=readAD(0x00);k=readAD(0x10); z=readAD(0x20); display (n);/ display(k);/ display(z);3.3proteus 仿真/轉換和讀取數(shù)值/得到通道0的數(shù)值/得到通道1的數(shù)值/得到通道2的數(shù)值/顯示一路Proteus仿真圖及其pcb板見附錄

22、第四章結果分析及總結ADC轉換結果單次轉換結果如下ADC=Vin * （2八12 -1） /Vref其中Vin是輸入的模擬電壓Vref是標準基準電壓為5v（注：12位AD最大輸出量為4094）當輸入Vin=2.5v時，ADC=2047驗證了仿真的正確性總結通過此次課程設計，是我學習到了很多課外知識：（1）了解了單片機80c51的基本使用過程及其原理。（2）學會了 proteus仿真軟件的使用方法。（3）學會了 keil與proteus聯(lián)合調試分析方法。（4）學會制作簡單的pcb板及相關軟件的使用。（5）掌握了 AD574 TLC2543, 74373芯片的原理功能及其應用電路。（6）明白了 A

23、/D轉換的原理過程。附錄串行A/ 轉換器TLC2543原理及應用志東，增華（1 商學院，抗州310035 ; 2 港務局電力供應套司，066012）摘要：介紹了一種多通道高精度串行 A/D轉換器TLC254啲主要特點、工作原理和實際應用。關鍵詞：A/ D轉換器；SPI中圖分類號：TN79'2文獻標識碼：B文章編號：1001-1390（2001）03-0040 04 The principle and applications of the serial A/ D converter TLC2543Pan Zhidong , Liu Zenghua（1 Hangzhou Commerle

24、al College , Hangzhou 3 10035 , China ；2. Power Supplies Company of Qinhuaugd80 Pml Bureau , Hebei Qinhuangdao 06601 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 wor

25、ds : A/ D eonveer ; SP10引言TLC2543是 lrJ公司生產的一種l2位開關電容逐次逼近A/ D轉換器，芯片共有11個模擬輸入通 道。芯片的三個控制端：串行三態(tài)輸岀數(shù)據(jù)端（DATA OUTPUT）輸入數(shù)據(jù)端（DATA INPUT）、輸入/時鐘（I /O CLOCK能形成與微處理器之間數(shù)據(jù)傳輸較快和較為有效的串行外設接口一SPI。片具有一個l4通道多路選擇器用于在11個模擬輸入通道和3個部自測試（SELFTEST）電壓中任 選一個，可通過對其8位部控制寄存器進行編程完成通道的選擇，并可對輸岀結果的位數(shù)、MS/LSB導前和極性進行選擇。1 TLC2543性能特點（1）12位

26、分辨率。（2）11個模擬輸入通道。（3）線性誤差 士 1LSBMAX. （4）輸岀數(shù)據(jù)單極性或雙極性、數(shù)據(jù)長短、MS或LSB前導可編程。（5）正常溫度圍10Ws轉換時間。（6）自動采樣與保持。（7）片系統(tǒng)時鐘。（8）三種置自測試方式（9）轉換結束信號EOC 2引腳及功能TLC254啲引腳如圖1所示，其功能如下AIN0AIN10: 1 1個模擬量輸入；西：片選端， 負電平有效；DATA INPUT數(shù)據(jù)輸入端；DATA OUTPUT數(shù)據(jù)輸岀端；I /0 CLOCK輸入/岀時鐘端； VCC正電源；GND地,EOC轉換結束端；REF+正基準電壓端，通常接Vcc； REf一：負基準電壓端， 通常接GND

27、工作原理3. 1部控制寄存器部控制寄存器有8位，其結構格式如表1所示。部控制寄存器的設定數(shù)據(jù)為高位導前，部 控制寄存器各個位的基本功能如下：D7D4作為片14個通道多路選擇器的控制位用于1 1路模擬量和3個校準電壓的選擇以及掉電模式的設定。D3 D2:用于轉換后數(shù)據(jù)串行輸岀位數(shù)的選擇，共有三位數(shù)可供選擇：8位（精度較低，方便單字節(jié)串行數(shù)據(jù)傳輸 ）12位（標準位數(shù)）、16 位（低四位為零，便于16位串行數(shù)據(jù)傳輸）。D1：為？ 0 '時表示輸岀數(shù)據(jù)的最大位導前，為 ？ 1 '時表 示最小位導前。DQ為？ 0時表示輸岀數(shù)據(jù)是單極性（無符號二進制），為？ T時表示雙極性（有符號 二進制）。3. 2采樣過程轉換的工作包括二個周期：I /C周期和轉換周期（conv） o I /O周期完成對部控制寄存器的置數(shù) 和在DATA OUTP