12位AD转换器与单片机的接口电路设计.docx
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12位AD转换器与单片机的接口电路设计
课程设计任务书
2012/2013学年第_J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
1.设计目的:
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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.设计内容和要求(包括原始数据、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〕:
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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:
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4・・・・■・_■・■・亠■・・d-KBBa*■■■J.K■■*4・・・・□・■d-a・■*厶・■・』•_■・・*・・・•■.0・■ ■■AKBHliJtBMaJ. 1童诗白.模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社,2002 2张建华.数字电子技术.北京: 机械工业出版社,2004 3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 4毕满清.电子技术实验与课程设计.北京: 机械工业出版社,2005 5潘永雄.电子线路CAD实用教程.西安: 西安电子科技大学出版社,2002 6张亚华.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 5.设计成果形式及要求: 提交内容: 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: 系主任审查意见: 签字: 年月日 第一章设计任务及功能要求.5 1.1摘要5 1.2设计课题及任务5 1.3功能要求及说明….5 第二章硬件设计.6 系统设计元器件功能说明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12 keil编程调试.13 proteus仿真电路图...19 第三章结果分析及总结..19 附录 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。 第二章硬件设计 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,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: 小于土1/2LBS或土1LBS 转换速率: 25us 模拟电压输入范围: 0—10V和0—20V,0—±5V和0—土10V两档四种 电源电压: 土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 [2].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。 [3].Pin3()――片选端 [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].Pin6(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。 A0-0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。 [7].Pin7(V+)――正电源输入端,输入+15V电源。 [8] .Pin8(REFOUT)——10V基准电源电压输出端 [11].Pin(V-) 负电源输入端,输入-15V电源。 [12].Pin1(V+) 正电源输入端,输入+15V电源。 [13].Pin13(10VIN)——10V量程模拟电压输入端 [14].Pin14(20VIN)——20V量程模拟电压输入端。 [15].Pin15(DGND)——数字地端。 [16].Pin16—Pin27(DB0—DB11)12条数据总线。 通过这12条数据总线向外输出A/D转换数据。 [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,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勺工作模式: 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。 AD574A控制端标志意义 CE A0 工作状态 0 X X X X 禁止 x 1 X X X 禁止 1 0 0 X 0 启动12位转换 1 0 0 X 1 启动8位转换 1 0 1 接+5V X 12位并行输出有效 1 0 1 接0V 0 咼8位并行输出有效 1 0 1 接0V 1 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 tpd Pd 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 373的输出端00〜07可直接与总线相连。 当三态允许控制端 0E为低电平时,00〜07为正常逻辑状态,可用来驱动负载或总线。 当0E为高电平时,00〜07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,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: DO-D7数据输入端0E三态允许控制端(低电平有效)LE锁 存允许端00〜07输出端外部管腿图: 逻辑图: 真值表: .7V 极限值: 电源电压 输入电压54/74S373 54/74LS373 咼电平电压 54XXX 74XXX .7V输出高阻态时 工作环境温度 -55〜125 0~70C存储温 度-65〜150°C 推荐工作条件: 54/74S37354LS373/74LS373 54电源电压Vcc74 最小 额定 5 5 最大 最小 额定 5 5 最大 单位 输入高电平电压ViH 2 2 V 54 输入低电平电压ViL 74 V 54 输出高电平电流IOH 74 -2 -1 mA 54 输出低电平电流IOL 74 20 20 12 24 mA 硬件电路总体及部分设计 图2.2.1单片机的内部晶振 图222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Q0Q1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 3.2Keil编程 #include<> #include<> #defineuintunsignedint #defineucharunsignedcharsbitADout=P1A0; sbitADin=P1Al; sbitCS=PM2; sbitCLK=PM3; sbitEOC=P1A4; sbitLE=P1A6; sbitLE2=P1A7; uchar duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x 6f,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 _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; g=AD%10; P0=0xff; LE1=1; P0=wei[0]; LE1=0; LE2=1; P0=duan[q]; LE2=0; delay(10); P0=0xff; LE1=1; P0=wei[1]; LE1=0; LE2=1; P0=duan[b]; LE2=0; delay(10); P0=0xff; LE1=1; P0=wei[2]; LE1=0; LE2=1; P0=duan[s]; LE2=0; delay(10); P0=0xff; LE1=1; P0=wei[3]; LE1=0; LE2=1; P0=duan[g]; 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) { ucharch,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; } //转换和读取数值 } CS=1; while(! EOC); ad>>=1; return(ad); } //主函数 voidmain() { while (1) { 0的数值 1的数值 2的数值 n=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转换结果 单次转换结果如下 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二时,ADC=2047验证了仿真的正确性 总结 通过此次课程设计,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 潘志东,刘增华 (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/D转换器TLC254啲主要特点、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: 1001-1390(2001)03-0040—04 TheprincipleandapplicationsoftheserialA/DconverterTLC2543 PanZhidong,LiuZenghua~ (1.HangzhouCommerlealCollege,Hangzhou310035,China; 2.PowerSuppliesCompanyofQinhuaugd80PmlBureau,HebeiQinhuangdao066012,China) Abstract: Thispaperintroducesthefeatures,theoperatingprincipleandtheapplicationsof TLC2543whichisamulti-channelandhishaccuracyserialA/Deonve~er. Keywords: A/Deonve~er;SP1 0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(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14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(SELF—TEST)电压中任选一个,可通过对其8位内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。 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)正常温度范围内 10W转换时间。 ⑹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TLC254啲引脚如图1所示,其功能如下AINO〜AIN10: 11个模拟量输入;西: 片选端,负电平有效;DATAINPUT数据输入端;DATAOUTPUT数据输岀端;I/0CLOCK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D7〜D4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。 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)oI/O周期完成对内部控制寄存器的置数和在DATAOUTPU端数据的输岀;转换周期是由I/C时钟同步的内部时钟来控制。 在转换周期开始时,E0(输岀变低;当转换完成时变高,输岀数据寄存器锁存。 上电后,cS的电平必须从高到低以开 始一次I/O周期。 内部控制寄存器被置为零,并且E0(为低电平。 为了对芯片初始化,孺被转为高再到低以开始下一次I/O周期。 第一次转换结果可能不准确,应忽略。 在采样周期中,当对内部控制寄存器进行设定、模拟信号通道确定后,芯片即开始对选定的输人信号进行采样。 采样开始于VC时钟的第四个下降沿。 保持采样方式直到第&12或16个I/OCLOCK下降沿,当然这取决于对内部控制寄存器有关数据长度的设定。 从最后一个I/0CLOCK下降沿 到EOC勺延迟时间之后,E0(输岀端变低表示采样周期已结束,而转换周期开始。 在E0(变低后,所 选通的拟信号端的变化不会影响转换的结果。 转换结束后,E0信号再次变高,转换结果被存人输岀 数据寄存器。 EOC勺上升沿使转换器返回到复位状态,以便开始新的转换周期。 若在转换中S为无效(即高电平),则当cS为下降沿,转换数据的第一位即在DATAOUTPUT,如图2所示: 若在转换过程中cs有效(即低电平),在E0(的上升沿,当cs为低,则转换数据的第一位即岀现在DATAOurPuT管脚上,如图3所示。 3,3掉电方式在掉电方式时,芯片内部处于低电流待机状态。 当一个“1110"二 进制通道选择地址数在前四个I/OCLOC周期内置人输入数据寄存器时,就选择了掉电方式,在第四个I/OCLOC下降沿时被激活。 这时芯片不进行转换工作,而是在输岀数据寄存器中保持上次转换结果,直到一个非“1110”的通道选择地址数被置人输人数据寄存器,即选通一个有效的通道时,芯片进入新的A/D转换的周期中。 1童诗白.模拟电子技术基础.北京: 高等教育岀版社,2002 2张建华.数字电子技术.北京: 机械工业岀版社,2004 3陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京: 机械工业岀版社,2005 4毕满清.电子技术实验与课程设计.北京: 机械工业出版社,2005 5潘永雄•电子线路CAD实用教程•西安: 西安电子科技大学出版社, 6 2002 2004 张亚华.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,
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- 12 AD 转换器 单片机 接口 电路设计