1、1612位AD转换器与单片机的接口电路设计资料中北大学课程设计任务书2012/2013 学年第 1 学期学 院：电子与计算机科学技术学院专 业：学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：12位A/D转换器与单片机的接口电路设计起 迄 日 期:2012年12月 19日 2013年1 月 16日课程设计地点:电子科学与技术系机房指 导 教 师:孟令军系主任：刘文怡下达任务书日期: 2012年 12月 19日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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
2、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。4.Protues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：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： 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
3、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 毕满清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CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002 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：2012年12月19日 12月24日 查阅资料，熟悉任务要求，理解设计原理2012年12月25日 12月27日 方案设计 2012年12月28日 12月31日
4、 电路原理图，PCB图2013年01月01日 01月13日 电路仿真2013年01月14日 01月15日 整理设计说明书2013年01月16日 设计答辩与考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日第一章设计任务及功能要求.51.1摘要51.2设计课题及任务51.3功能要求及说明.5第二章硬件设计.62.1 系统设计元器件功能说明72.2 硬件电路总体及部分设计10第三章 软件设计.12 3.1 基本原理内容设计12 3.2 keil编程调试.13 3.3 proteus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1.1摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用
5、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
6、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1.2 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。1.3 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。5.Protues仿真。 第二章 硬件设计2.1系统设计元器件功能说明12位AD5
7、74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1/2LBS或1LBS转换速率：25us模拟电压输入范围：010V和020V，05V和010V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的引脚说明：1. Pin1(+V)+5V电源输入端。2. Pin2()数据模
8、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
9、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(REF OUT)10V基准电源电压输出端。9. Pin9(AGND)模拟地端。10. Pin10(REF IN)基准电源电压输入端。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.
10、 Pin13(10V IN)10V量程模拟电压输入端。14. Pin14(20V IN)20V量程模拟电压输入端。15. Pin15(DGND)数字地端。16. Pin16Pin27(DB0DB11)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的工作模式：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
11、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CEA0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高8位并行输出有效101接0V1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
12、别):型号 tpd Pd54S373/74S373 7ns 525mW54LS373/74LS373 17ns 12.mW373 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。 引出端符号： D0D7 数据输入端 OE
13、 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 . 7V 输入电压 54/74S373. 5.5V 54/74LS373. 7V 输出高阻态时高电平电压 . 5.5V 工作环境温度 54XXX . -55125 74XXX . 070 存储温度 . -65150推荐工作条件： 54/74S373 54LS373/74LS373 54电源电压 Vcc 74最小4.54.75额定55最大5.55.25最小4.54.75额定55最大5.55.25单位V 输入高电平电压ViH22V 54输入低电平电压ViL 740.80.80.
14、7 0.8V 54输出高电平电流IOH 74-2-6.5-1-2.6mA 54输出低电平电流IOL 7420201224mA2.2硬件电路总体及部分设计图2.2.1 单片机的内部晶振图2.2.2 数码管显示图2.2.3 74373的接口设计图2.2.4 AD574接口图 第三章 软件设计3.1 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Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574A的工作过程。AD转换器的
15、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p3.0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3.2Keil编程#include#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit ADout=P10;sbit ADin=
16、P11;sbit CS=P12;sbit CLK=P13;sbit EOC=P14;sbit LE=P16;sbit LE2=P17;uchar duan=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x7c;uchar D=0,wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xdf,0xef;float k,z;uint n;/延时子函数void delay(uint us) uchar i; for(i=0;ius;i+) _nop_();/数码管显示子函数void display(uint AD) uchar q,b,s,g; /
17、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=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=
18、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。uint readAD(uchar port) uchar ch,i,j; uint ad; ch=port; for(j=0;j3;j+) ad=0; ch=port; EOC=1; CS=1; CS=0; CLK=0; for(i=0;i12;i+) if(ADout) ad|=0x01; ADin=(bit)(ch&0x80); CLK=1; CLK=0; ch=1; ad=1; return(ad);/主函数void main() while(1) n=readAD(0x00);
19、 /得到通道0的数值 k=readAD(0x10); /得到通道1的数值 z=readAD(0x20); /得到通道2的数值 display(n); /显示一路 / display(k); / display(z); 3.3 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 ADC=Vin * (212 -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=2.5v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
20、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AD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AD转换器TLC2543的主要特点、工作原理和实际应用。关键词：AD转换器；SPI中图分类号：TN792 文
21、献标识码：B 文章编号：1001-1390(2001)03-004004The principle and applications of the serial AD converter TLC2543Pan Zhidong ，Liu Zenghua(1Hangzhou Commerleal College，Hangzhou 3 10035，China；2Power Supplies Company of Qinhuaugd80 Pml Bureau，Hebei Qinhuangdao 06601 2，China)Abstract：This paper introduces the featu
22、res， the operating principle and the applications ofTLC2543 which is a multi-channel and hish accuracy serial AD eonveerKey words：AD eonveer；SP10 引言TLC2543是lrJ公司生产的一种l2位开关电容逐次逼近AD转换器，芯片共有11个模拟输入通道。芯片的三个控制端： 串行三态输出数据端(DATA OUTPUT)、输入数据端(DATA INPUT)、输入时钟(IO CLOCK)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
23、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位内部控制寄存器进行编程完成通道的选择，并可对输出结果的位数、MSBLSB导前和极性进行选择。1 TLC2543性能特点(1)12位分辨率。(2)11个模拟输入通道。(3)线性误差1LSB MAX(4)输出数据单极性或双极性、数据长短、MSB或LSB前导可编程。(5)正常温度范围内10Ws转换时间。(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EOC。2 引脚及功能TLC2543的引脚如图1所示，其功能如下AIN0AIN10：1 1个模拟量输入；西：
24、片选端，负电平有效；DATA INPUT：数据输入端；DATA OUTPUT：数据输出端；I0 CLOCK：输入出时钟端；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31 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1 1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
25、)、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)。32 采样过程转换的工作包括二个周期：IO周期和转换周期 (conv)。IO周期完成对内部控制寄存器的置数和在DATA OUTPUT端数据的输出；转换周期是由IO时钟同步的内部时钟来控制。在转换周期开始时，EOC输出变低；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IO周期。内部控制寄存器被置为零，并且EOC为低电平。为了对芯片初始化，孺被转为高再到
26、低以开始下一次IO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VO时钟的第四个下降沿。保持采样方式直到第8、12或16个IO CLOCK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I0 CLO CK下降沿到EOC的延迟时间之后，EOC输出端变低表示采样周期已结束，而转换周期开始。在EOC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，EOC信号再次变高，转换结果被存人输出数据寄存器。EOC的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
27、为无效(即高电平)，则当cS为下降沿，转换数据的第一位即在DATA OUTPUT端，如图2所示：若在转换过程中cs有效(即低电平)，在EOC的上升沿，当cs为低，则转换数据的第一位即出现在DATA Ou rPuT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“lll0”二进制通道选择地址数在前四个IOCLOCK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IO CLOCK下降沿时被激活。这时芯片不进行转换工作，而是在输出数据寄存器中保持上次转换结果，直到一个非“11 10” 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AD转换的周期中。 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版
