基于51单片机的AD模数转换设计——完整课程设计

1.A/D是模拟量到数字量的转换，依靠的是模数转换器（AnalogtoDigitalConverter），简称ADC。D/A是数字量到模拟量的转换，依靠的是数模转换器（DigitaltoAnalogConverter），简称DAC。它们的道理是完全一样的，只是转换方向不同，因此我们讲解过程主要以A/D为例来讲解。

什么是模拟量？就是指变量在一定范围内连续变化的量，总之，任何两个数字之间都有无限个中间值，所以称之为连续变化的量，也就是模拟量。ADC就是起到把连续的信号用离散的数字表达出来的作用。

2.ADC0809的内部逻辑图如图所示：

3. AD各个引脚结构：

D7-D0：8 位数字量输出引脚。

IN0-IN7：8 位模拟量输入引脚。

VCC：+5V 工作电压。

GND：地。

REF（+）：参考电压正端。

REF（-）：参考电压负端。

START：A/D 转换启动信号输入端。

ALE：地址锁存允许信号输入端。

（以上两种信号用于启动 A/D 转换）.

EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。

OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。

CLK：时钟信号输入端（一般为 500KHz）。

二、设计要求

1、用Proteus软件画出电路原理图,在单片机的外部扩展片外总线,并通过片外总线与接口。

2、在ADC0809的某一模拟量输入通道上接外部模拟量。

3、在单片机的外部扩展数码管显示器。

4、分别采用延时与查询的方法编写A/D转换程序。

5、启动A/D转换,将输入模拟量的转换结果在显示器上显示。

三、开发工具介绍

1. Keil MDK-ARM是美国Keil软件公司（现已被ARM公司收购）出品的支持ARM微控制器的一款IDE（集成开发环境）。

MDK-ARM包含了工业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件。具有业行领先的ARM C/C++编译工具链，完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件，包含世界上品牌的芯片。比如：ST、Atmel、Freescale、NXP、TI等众多大公司微控制器芯片。

2.Proteus是Lab Center Electronics公司推出的一个EDA工具软件。

Proteus具有原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真、互动电路仿真、仿真处理器及其外围电路等特点功能。

四、原理图的绘制

五、C程序清单

1602.h
#include <reg52.h>
#define LCD1602_DB P0
sbit LCD1602_RS = P2^0;
sbit LCD1602_RW = P2^1;
sbit LCD1602_E = P2^2;
void InitLcd1602();
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);

/*
void delay(unsigned int i)
{
	while(i--);	
}
*/
void LcdStar()
{
	unsigned char str[] = "Voltage measure";
	unsigned char tab[]="Voltage= "; 
	InitLcd1602();/* 初始化 1602 液晶 */
	LcdShowStr(1, 0, str);
	LcdShowStr(1, 1, tab);
	LcdShowStr(9, 1, "...");//默认初始化温度00
	LcdShowStr(13, 1, "V");//添加V电压
	
		
}

/* 等待液晶准备好 */
void LcdWaitReady()
{
	unsigned char sta;
	LCD1602_DB = 0xFF;
	LCD1602_RS = 0;
	LCD1602_RW = 1;
	do {
		LCD1602_E = 1;
		sta = LCD1602_DB; //读取状态字
		LCD1602_E = 0;
	} while (sta & 0x80); //bit7 等于 1 表示液晶正忙，重复检测直到其等于 0 为止
}
/* 向 LCD1602 液晶写入一字节命令， cmd-待写入命令值 */
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd)
{
	LcdWaitReady();
	LCD1602_RS = 0;
	LCD1602_RW = 0;
	LCD1602_DB = cmd;
	LCD1602_E = 1;
	LCD1602_E = 0;
}
/* 向 LCD1602 液晶写入一字节数据， dat-待写入数据值 */
void LcdWriteDat(unsigned char dat)
{
	LcdWaitReady();
	LCD1602_RS = 1;
	LCD1602_RW = 0;
	LCD1602_DB = dat;
	LCD1602_E = 1;
	LCD1602_E = 0;
}
/* 设置显示 RAM 起始地址，亦即光标位置， (x,y)-对应屏幕上的字符坐标 */
void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y)
{
	unsigned char addr;
	if (y == 0) //由输入的屏幕坐标计算显示 RAM 的地址
		addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从 0x00 起始
	else
		addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从 0x40 起始
	LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置 RAM 地址
}
/* 在液晶上显示字符串， (x,y)-对应屏幕上的起始坐标， str-字符串指针 */
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str)
{
	LcdSetCursor(x, y); //设置起始地址
	while (*str != '\0') //连续写入字符串数据，直到检测到结束符
	{
		LcdWriteDat(*str++); //先取 str 指向的数据，然后 str 自加 1
	}
}
/* 初始化 1602 液晶 */
void InitLcd1602()
{
	LcdWriteCmd(0x38); //16*2 显示， 5*7 点阵， 8 位数据接口
	LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭
	LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1
	LcdWriteCmd(0x01); //清屏
}

测试程序：
#include <reg52.h>
#include <LCD1602.H>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
//ADC0832 
sbit CS = P1^0;
sbit CLK = P1^1;
sbit DIO = P1^2;

uchar len;
//一位小数,电压显示
uchar Display_Buffer[4];
//延时
void DelayMS(uint ms)
{
	uchar t;
	while(ms--)
	{
		for(t=0;t<120;t++);
	}
}

//获取AD转换结果
uchar Get_AD_Result()
{
	uchar i,dat1 = 0,dat2 = 0;
	//起始控制位
	CS = 0;
	CLK = 0;
	DIO = 1;   _nop_(); _nop_();
	CLK = 1;   _nop_(); _nop_();
	//第一个下降沿之前 设DI=1/0	
	//选择单端/差分（SGL/DIF）模式中的单端输入模式
	CLK = 0; DIO=1; _nop_();_nop_();
	CLK = 1;       _nop_();_nop_();
	//第二个下降沿之前 设DI=0/1 选择CH0/CH1
	CLK = 0;DIO = 0; _nop_();_nop_();
	CLK = 1;DIO = 1; _nop_();_nop_();
	//第三个下降沿之前 DI=1
	CLK = 0; DIO = 1; _nop_();_nop_();
	//4-11,共8个下降沿读取数据(MSB->LSB)
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		CLK = 1;  _nop_();_nop_();
		CLK = 0;  _nop_();_nop_();
		dat1 = dat1<<1|DIO;
	}
	//11-18 共8个下降沿读取数据(LSB->MSB)
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		dat2 = dat2|((uchar)(DIO)<<i);
		CLK = 1;  _nop_();_nop_();
		CLK = 0;  _nop_();_nop_();
	}
	CS = 1;
	//如果MSB->LSB和LSB->MSB读取数据结果相同，返回读取结果，否者0
	return (dat1==dat2) ? dat1 : 0 ;	
}

void main()
{
	uint Data;
	InitLcd1602(); //LCD初始化
	LcdStar();
	DelayMS(10);
	while(1)
	{
		//获取AD转换值 最大值255对应最高电压5.00V
		//显示三个数 使用500
		Data = Get_AD_Result()*500.0/255;
		// 数据分解
		Display_Buffer[0]= Data /100+'0'; 
		Display_Buffer[1] = '.';
		Display_Buffer[2] = Data /10%10+'0';
		Display_Buffer[3] = Data %10+'0';
		LcdShowStr(9, 1,Display_Buffer);
	}
}

六、实验感想

此次课程设计运用了一些基础的模块比如在课堂上学到的延时、循环和中断，将他们运用到课程设计里可以让我加深对这些知识的印象，有理论依据也要有实践操作。在编写获取AD转换结果时，遇到较多的麻烦，比如在下降沿读取数据时发生错误，Keil报错，根据错误代码通过网络找到了合理的解决方案。

这次课程设计让我意识到课堂中学到的知识只是冰山一角，今后的学习中应当努力掌握知识，提高自己的知识水平，才能做好设计。

七、参考文献

【1】王晋凯 《简简单单学通51单片机开发》.清华大学出版社.2014