基于单片机的模数转换电路设计

基于单片机的模数转换电路设计内容摘要：

）区 中的 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不 9 会改变。 在对 Flash ROM 编程和程序校验期间， P2 也接收高位地址和一些控制信号。 P3 端口 （ ～ ， 10～ 17 引脚）： P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。 对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。 P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。 在对 Flash ROM 编程或程序校验时， P3 还接收一些控制信号。 P3 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能。 RST（ 9 引脚） ：复位输入。 当输入连续两个机器周 期以上高电平时为有效， 用来完成单片机单片机的复位初始化操作。 看门狗计时完成后， RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE（ 30 引脚） 地址锁存控制信号 ： ALE 是访问外部程序存储器时 ,锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部 定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE 脉冲 将会跳过。 如果需要，通过将地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作将无效。 这 一位置“ 1”， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOV 指令时有效。 10 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于 外部执行模式下无效。 ：外部程序存储器选通信号（ SEN）是外部程序存储器选 SEN（ 29 引脚）通信号。 当 STC89C51 从外部程序存储器执行外部代码时， SEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时， SEN将不被激活。 E/A/（ 31 引脚） 访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令， E/A/必须接 GND。 注意加密方式 1 时， E/A/将内部锁定位 RESET。 为了执行内部程序指令， E/A/应该接 VCC。 在 Flash 编程期间， E/A/也接收 12伏电压。 XTAL1（ 19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（ 18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 ADC0809 功能简介 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 A/D 模数转换器。 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。 是目前国内应用最广泛的 8 位通用 A/D 芯片。 a、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 100μ s(时钟为 640kHz 时 )， 130μ s（时钟为 500kHz 11 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。 b、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。 如下图所示： 图 ADC0809 内部逻辑图 c、引脚功能 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。 下面说明各引脚功能。 IN0～ IN7： 8 路模拟量输入端。 21～ 28： 8 位数字量输出端。 12 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换）。 EOC： A/D 转换结束信号，输出，当 A/D 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。 当 A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。 要求时钟频率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基准电压。 Vcc：电源，单一接 +5V。 GND：接地。 d、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。 13 1）定时传送方式 对于一种 A/D 转换器来说，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 128μ s，相当于 6MHz 的 MCS51 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。 按键 按键在单片机系统中是一个重要的部件。 为了输入数据，查询和控制系统的工作状态，都要用到按键，按键是人工干预计算机的主要手段。 在单片机控制系统中广泛使用 的是机械按键。 按键的动作不是立刻就完成的，抖动是表现在输入电压的信号上。 在理想的状态下按键引脚 14 电平的变化如下图（ a）曲线，但是在实际中按键在按下或放开的瞬间，由于机械触点存在弹跳现象，结果实际按键电压波形如图（ b）曲线，即机械按键在按下和释放的瞬间存在抖动现象，抖动时间的长短与操作者的时间有关，一般在 5～ 15ms 之间而按键稳定闭合时间长短与操作者按键时间有关，从数百毫秒到数秒之间，为了保证按键由“按下 ” 到“松手”之间仅视为一次输入或数据次输入，（对于具有重复按键功能的按键），必须在硬件或软件上增加去抖动措施 ，以避免一次按键输入一串数码。 在本设计中采用软件去抖动措施，以降低硬件成本。 图 按键按下的输出电平 显示模块 LED 数码管正向压降一般为 ～ 2V，额定电流为 10mA，最大电流为 40mA。 数码管及其内部结构图如下所示： 15 图 数码管及其内部结构图 共阴数码管数字编码，如下表所示： 显示数字 共阴极字段码 0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7FH 9 6FH 表 共阴 数码管数字编码 16 第三章 系统硬件电路 系统硬件电路的组成 要完成本设计的任务，系统硬件电路的组成主要有：电源电路、复位电路、晶振电路、电位器模拟输入电路、 A/D 选择转换电路、分。