51系列单片机教学实验板硬件设计 毕业论文.doc

《51系列单片机教学实验板硬件设计 毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51系列单片机教学实验板硬件设计 毕业论文.doc（65页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、51 系列单片机教学实验板硬件设计 摘 要 在全国高等院校电子信息类专业中，已普遍开设单片机及其相关课程。单 片机课程是大中专院校电子类专业实践性、应用性和工程性很强的专业基础课 或专业选修课。从加强学生能力培养的要求来看，这类课程仅在课堂上讲授基 本原理是不够的，必须在教学中加强实践环节，让学生有足够的实践机会。其 中，单片机实验板就是一个很好的学习单片机的工具。 目前，市场上单片机实验板的种类较多。此次设计的实验板的特点是将各 种单元电路合理的拼凑在一块大印刷电路板上，构成一个有机的整体。设计中 利用 Protel99SE 软件先设计原理图，然后进行元件封装， PCB 出图，最后是 制板。

2、它与传统的教学实验板相比有如下的优点：价格低廉；使用简单方 便，只要有带 RS232 串口的 PC 机就能进行实验； 功能全，基本上具备单片 机常用的接口，如数模转换、模数转换、存储器、LED 数码管显示、键盘人机 接口、串行接口、温度传感器接口等等。采用本仿真开发实验板，可使初学者 迅速掌握单片机原理及应用，熟悉汇编语言、单片机 C 语言。 关键词：单片机；实验板；接口电路；C 语言 51 Series Single-chip Teaching Experimental Board Hardware Design Abstract National institutions of highe

3、r learning in the professional category of electronic information, has generally been the creation of single-chip and its related programs. Single-chip college is the course professional practice of electronic institutions, applied and engineering foundation for a strong professional or professional

4、 elective courses. From the requirements of students capacity-building perspective, such courses are taught only the basic principles of the classroom is not enough, we must strengthen the teaching practice, to allow sufficient opportunity to practice. Among them, single-chip experimental board is a

5、 good learning tool for the students. At present, more types of experimental plate in the single-chip market. The designed board is characterized by a variety of units circuit will be reasonable together on a large printed circuit board and then constitute an organic whole. The design make use of Pr

6、otel99SE software to design schematic diagram, and then packaging components, PCB map, and finally the system board. It compared to the traditional teaching has the following advantages: The prize cheap. Use it simple, there is as long as RS232 serial port with the PC machines will be able to carry

7、out such experiments. Wide features, the board basically has the interface with commonly used single-chip, full- to-analog converter, analog-to-digital conversion, memory, LED digital display, keyboard man-machine interface, serial interface, temperature sensor interface and so on. The development o

8、f the use of the simulation experiment board, beginners can quickly grasp the principle and application of single-chip, and is familiar with assembly language, microcontroller C language. Beginners use the development of the simulation experiment board, can quickly grasp the principle and applicatio

9、n of single-chip, and are familiar with assembly language, Single-chip C language. Key words: microcomputer; experimental plate; interface circuit; C language 目 录 摘 要 I AbstractII 第一章 引 言 1 1.1 研究背景和意义 .1 1.2 研究现状 2 1.3 本文主要的研究工作 2 第二章 实验板硬件电路设计 4 2.1 实验板的 MCU 选型 4 2.1.1 单片机选型原则 4 2.1.2 AT89S51 单片机简

10、介 5 2.2 实验板总体简介 .8 2.2.1 单片机实验教学功能 8 2.2.2 硬件总体逻辑结构 9 2.3 单片机最小系统的电路说明 .9 2.4 模数转换器 ADC0809 的接口电路 9 2.4.1 ADC0809 芯片及内部结构简介 9 2.4.2 信号引脚 .9 2.4.3 MCS-51 单片机与 ADC0809 的接口 .9 2.4.4 转换数据的传送 9 2.4 数模转换器 DAC0832 的接口电路 .9 2.4.1 DAC0832 简介 9 2.4.2 DAC0832 的工作方式 .9 2.4.3 电压输出电路的连接 9 2.4.4 DAC0832 与单片机的连接 .9

11、 2.5 数据/程序存储器 24C02.9 2.5.1.24C02 芯片简介 .9 2.5.2 24C02 与单片机的连接 .9 2.6 并行接口芯片 8255A 的接口电路 9 2.6.1 8255A 的基本特性 .9 2.6.2 8255A 的外部特性和内部结构 .9 2.6.2.1 外部引脚 9 2.6.2.2 8255 内部结构 .9 2.6.3 8255A 的编程命令 .9 2.7 LCD1602 液晶显示 .9 2.7.1 LCD 1602 的引脚图 .9 2.7.2 1602 液晶显示的指令命令 9 2.7.3 LCD1602 与单片机的接口电路 9 2.8 动态 LED 显示与

12、键盘 9 2.8.1 数码管的分类 .9 2.8.2 显示接口简介 .9 2.8.2.1 静态显示概念 9 2.8.2.2 动态显示概念 .9 2.8.3 动态显示接口电路 9 2.9 键盘电路 .9 2.9.1 键盘简介 9 2.9.2 独立式按键 9 2.9.2.1 独立式按键结构 .9 2.9.2.2 独立式按键的软件结构 .9 2.9.3 矩阵式键盘的结构及原理 9 2.9.4 键盘的编码 9 2.9.5 键盘的工作方式 9 2.9.5.1 定时扫描方式 .9 2.9.5.2 中断扫描方式 .9 2.9.5.3 键盘电路 .9 2.10 DS18B20 温度传感器接口 .9 2.10.

13、1 DS18B20 温度传感器简介 .9 2.10.2 DS18B20 的特性。 9 2.10.3 DS18B20 的外形和内部结构 9 2.10.4 DS1820 与单片机的连接 .9 2.11 RS-232 串行接口 .9 2.11.1 串行通信基本原理 9 2.11.1.1 异步串行通信的字符格式 9 2.11.1.2 串行通信的传送速率 9 2.11.2 RS232C 总线标准 .9 2.11.3 单片机串口通讯的硬件电路 9 2.12 实验板蜂鸣器驱动电路 .9 2.14 实验板 PCB 设计 .9 第三章 实验板软件设计及调试 9 3.1 实验板流水灯程序 9 3.2 实验板 A/

14、D 采样程序 .9 3.3 实验板串口程序 9 第四章 设计总结 9 参考文献 9 附录 A9 附录 B 9 附录 C 9 附录 D9 附录 E 9 附录 F.9 致 谢 9 第一章 引 言 我设计的这款实验板最大限度地利用了单片机软硬件资源,充分考虑多功能、 多用途、高可靠性及可扩展性，具有很高的性价比。有利于调动学生的学习兴 趣，在实践中快速提高了学生的设计能力。 传统的单片机实验系统因其购买成 本高、系统使用烦琐，已经越来越不适合当前以培养学生实际能力为主要方向 的高等教育，本系统可以让学生基本上人手一套，使用方便，功能齐全，真正 达到让学生理论与实践的结合，深刻学习单片机的理论知识目的

15、。 1.1 研究背景和意义 完整的单片机实验教学和开发系统应包括微型计算机、编程器（又叫烧录 器）、软硬件仿真器、实验电路板等。编程器用于把编译好的程序写入单片机 的 ROM 里面，把写好后的芯片插到实验板上面进行试验。单片机仿真器用来 实时仿真调试单片机程序及硬件电路，随时发现问题，修改程序，提高编写程 序的效率。硬件实验板，作为单片机实验的外围电路部分，可以进行相关实验 电路的单片机编程实验，测试单片机程序能否实现实验电路的功能。目前，单 片机的实验教学中存在诸多问题，如： 单片机课堂教学往往多以理论教学为主，实验课教学为辅，实验教学也 多是进行验证性实验。但单片机是一门实践性很强的学科，

16、只学习理论不做实 验练习，很难真正地把单片机方面的知识理解掌握，也很难真正成为单片机应 用领域的高级人才。 学生实验时也存在着不少问题，单片机实验室由于存在着场地和时间限 制等问题，学生除了上课外，平时难得有机会实践。个人配备单片机实验开发 系统，因成本较高，很多学生无法承受。同时一般单片机实验箱由于是成品， 学生很难参与到其中的细节设计中去，一般单片机实验箱也只是起验证实验的 作用，学生动手能力很难得到训练与提高。 单片机教材陈旧，实验设备不足、落后，一般学校很少有学生人手一套 实验开发系统进行单片机实验及开发。 实验板与计算机之间用通信电缆连接，可以互相通信。这样，实验题目可 以与时俱进，

17、随时更新，根据学生知识能力水平，实验教学内容可深可浅，更 加符合多层次学习单片机的需求。该单片机实验教学仿真系统不仅能胜任于学 生的课程实验、毕业设计、课外科技活动（如电子设计竞赛）等各个不同的实 验与实践阶段，并且使用该系统有利于实验者进行自主开发实验，有利于培养 学生的创新精神和创造能力。 1.2 研究现状 目前单片机已经引起各行业极大关注，展现出广阔的应用前景。很多大 型公司都设计开发并生产专业的单片机仿真器，编程器以及单片机实验板， 以供大中专院校进行教学培训、实验研究以及个人学习使用。 早期的单片机实验教学和开发系统，如北京启东达爱思电子有限公司生 产的达爱思系列微机实验开发系统，可

18、以做单片机、微机、控制等课程的实 验。上海埃威航空电子有限公司（原上海航虹高科技有限公司）生产的 AEDK51 系列单片机实验系统，包括 AEDK51W（AEDK320W）型仿真机和 EXP51 实验板，可以做传统的单片机实验，如基本 I/O 口实验、定时计数器 实验、A/D 和 D/A 转换实验、电动机、电子琴、打印机以及并行扩展接口实 验等。南京伟福实业有限公司开发的伟福单片机仿真实验系统，由板上仿真 器、实验仪、伟福仿真软件、开关电源构成。其不仅能做传统的 51 系列单片 机实验，还提供了强大的逻辑分析、波形输出和程序跟踪功能，可以让学生 直观地观察到单片机内部及外部电路工作的波形。 上

19、述几个公司生产的仿真器大都价格昂贵，凭学生个人的能力是不可能 买到的，因而需要设计出功能完全，价格便宜，便于携带的实验板。本文就 是论述简单实用实验板的设计与开发。 1.3 本文主要的研究工作 本文的主要工作包括单片机实验教学仿真系统的硬件设计和软件设计两个 方面。鉴于单片机串行扩展总线技术的发展，本文的主要研究工作就是设计并 实现硬件仿真系统部分的实验板和根据单片机课程实验教学的内容给出典型的 实验例程。因此，硬件设计部分需要完成的工作主要有实验板原理图，PCB 电 路板的绘制设计和制作，这也是软件部分设计、调试和正常运行的基础。其中 硬件设计需要做的主要工作如下： 单片机最小应用系统 单片

20、机基本实验电路部分； 扩展多样化接口 软件部分主要进行了以下几个方面的工作： 使用汇编或 C51 语言编写单片机控制通用实验电路的实验程序。程序 检查无误后可通过仿真功能实现对各部分实验电路的控制。 深入理解实验板程序，从原理上理解清楚实验板的工作原理及 PC 机传 送的各项操作指令的执行情况。 PC 机调试、仿真、实验板程序。在此使用德国 KEIL 公司的 Keil C51 集成开发环境 uVision3，深入理解该实验板的应用。 第二章 实验板硬件电路设计 2.1 实验板的 MCU 选型 据不完全统计，目前全世界微处理器的品种和数量已超过 1000 多种，流行 的体系结构达 30 多种。其

21、中，8051 体系占一多半。生产 8051 单片机的半导体 厂家有 20 多家，共 350 多种衍生品。一个好的单片机实验教学仿真系统必须有 与之适合的 MCU，文中选用了 ATEMEL 公司生产的单片机 AT89S51。 2.1.1 单片机选型原则 对于 MCU 的选择，主要基于以下几个原则： 应用典型 MCS-51 单片机是美国 INTEL 公司于 1980 年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰） 、8051（芯片采用 HMOS，功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751 等通用产品，一直到现在，M

22、CS-51 内核系列兼容的单片机仍是应用的主 流产品（比如目前流行的 SST89E564RD、AT89S51 等） ，各高校及专业学校的 培训教材仍与 MCS-51 单机作为代表进行理论基础学习。 兼容性强 8051 是早期的最典型的代表作，由于 MCS-51 单片机影响极深远，许多公 司都推出了兼容系列单片机，就是说 MCS-51 内核实际上已经成为一个 8 位单 片机的标准。其他公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而已。 同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的。 性价比高 任何系统中对微控制器的选择都要考虑成本的因素，若忽略成本的因素， 使产品

23、的价格过高，在市场上将没有竞争力。为节省成本，本单片机实验板外 围电路多、接口多，所以要求 MCU 功能强大。 根据以上原则，我们选用了市场上普遍应用的 ATMEL 公司的 89S51 系列 单片机，其应用广泛、兼容性强、功能强大、价格低廉。 2.1.2 AT89S51 单片机简介 单片机的特点 单片机芯片的集成度很高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片 上，具有以下特点： 体积小、重量轻、价格便宜、耗电少； 根据工控环境要求设计，且许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道 受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的 CPU； 控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足

24、工控要求。 有丰富的条件分支转移指令和很强的位处理功能及 I/O 口逻辑操作功能； 片内存储器的容量不可能很大；引脚也嫌少，I/O 引脚常不够用，且兼 第二功能以至第三功能，但存储器和 I/O 接口都易于扩展。 单片机引脚及参数简介 AT89S51 单片机是单片机实验板的核心部分， 以下是 AT89S51 单片机的 主要参数及简介。 主要性能参数： 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hhz-24Mhz 1288 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口 3 个 16 位定时/计数器 6 个中断源 图 2-

25、1 单片机引脚图 引脚功能说明： Vcc：电源电压 GND：地 P0 口：P0 是一组 8 位漏极开路双向 I/O 口也即地址/数据总线复用口，作为输 出口使用时，每位以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“1” 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分 时转换地址（低 8 位）和数据线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。Flash 编 程和程序校验期间 P0 口接受低 8 位地址。 P1 口：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口的输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电阻）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的

26、上拉 电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上 拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P2 口：P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电阻）4 个 TTL 逻辑门电路。在访问外部程序存储器或 16 位地址 的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地 址数据。 P3 口：P3 口是一组带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口的输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电阻）4 个 TTL 逻辑门电路。P3 口除了作为一般的 I/O 口线 外，更重要的用途是它的第二功

27、能，如表 2-1 所示： 表 2-1 P3 口第二功能说明 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD9（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 （外中断 0）INT P3.3 （外中断 1） P3.4 T0（定时/计数器 0） P3.5 T1（定时/计数器 1） P3.6 （外部存储器写选通）WR P3.7 （外部存储器读选通）D RST：复位输入，当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位。 ALE/ ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存器允许）PROG 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节，即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟 频

28、率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可以对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储 器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ ） 。PROG ：程序储存允许（ ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当PSENPSEN AT89S51 由外部存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出 两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 信号不出现。PSEN /Vpp：外部访问允许。欲使 MCU 仅访问外部程序存储器（地 0000H-EA FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。如 EA 端为高电平（

29、接 Vcc 端） ， CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相器的输出端。 AT89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的 片外时应晶体或陶瓷谐振器，在本实验板中采用的是内部晶振电路。振荡电路 参见下图： X T A L 1 X T A L 2 G N D C 2 C 1 石英晶体时 ： C 1 ， C 2 = 3 0 p F 1 0 p F 陶瓷谐振器 ： C 1 ， C 2 = 4 0 p F 1 0 p

30、F 外部振荡信号输入 N C X T A L 1 X T A L 2 G N D 晶振 图 2-2 内部晶振电路 图 2-3 外部晶振电路 2.2 实验板总体简介 本文设计的单片机实验教学仿真系统性能稳定，综合功能极强。它集仿真、 编程、实验于一体，可以进行系统全面的单片机实验项目的学习和应用开发。 2.2.1 单片机实验教学功能 该系统提供了丰富的硬件资源和接口，以方便更好的进行单片机实验的教 学以及学生更快更好地学习单片机供了汇编语言或 C51 的源代码，是教师进行 单片机教学、学生提高电子技能的好帮手。该系统可以实现以下实验功能： 单片机 I/O 口控制实验 按键中断实验 定时器实验 数

31、码管动态显示实验 44 矩阵键盘识别实验 电子时钟实验 LCD1602 液晶显示控制实验 RS-232 串行通信实验 扩展存储器读写实验 8255 并口扩展实验 A/D0809 转换实验 D/A0832 转换实验 DS18B20 数字温度采集实验 8 路发光二极 2.2.2 硬件总体逻辑结构 A T 8 9 S 5 1 I I C 存储模块 L C D 1 6 0 2 液晶显示 八路发光二极管 六位 L E D 数码管显示 R S 2 3 2 串行通信接口 8 2 5 5 并行接口 D / A 转换接口 A / D 转换接口 键盘人机接口 D S 1 8 2 0 温度传感器 蜂鸣器驱动电路 电

32、源电路 晶振电路 复位电路 开关模块 图 2-4 系统主板硬件总体逻辑结构图 如上图所示，这是单片机实验板的总体结构图，它大致说明了实验板所包 含的主要功能及扩展接口。 2.3 单片机最小系统的电路说明 (1)时钟电路 系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯 片内部的振荡电路。AT89S51 单片机内部有一个用于构 成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为 反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。 外接晶体谐振器以及电容 C6 和 C7 构成并联谐振电路， 接在放大器 图 2-5 单片机晶振电路 的反馈回路中。

33、对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震 荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此 系统电路的选石英晶体振荡器的值为 11.0592MHz，电容应尽可能的选择陶瓷， 电容值约为 25pf。在焊接刷电路板时，石英晶体振荡器和电容应尽可能安装得 与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。 (2)复位电路 复位是由外部的复位电路来实现的。由于 51 单片机是 高电平复位并且高电平的持续时间要大于 2 个机器周期， 图 2-6 是单片机上电复位与手动复位电路图，其中二极管 的作用是：掉电后给电容提供了放电通路，保证再上电是 RES 引

34、脚为高电平，使 CPU 可靠复位。正常工作是二极 管反偏，而断电后 Vcc 逐渐下降，当 Vcc=0 时，Vcc 与地 等电位，电容通过二极管迅速放电，放电通路为 C5 正极 电源 Vcc 端（与地等电位）二极管正极二极管负极 C5 负极。按下手动复位按钮时，电容 C 通过 R46 放电， 当电容 C 放 图 2-6 单片机复位电路 电结束后，RES 引脚电位由 R55、R46 分压比决定。由于 R55R46，因此 RES 引脚为高电平， CPU 进入复位状态。松开复位按钮，电容 C 充电，RST 引 脚电位下降，是 CPU 脱离复位状态 R2 的作用在于限制复位按钮按下瞬间电容 C5 的放电

35、电流，避免产生火花，以保护按钮的触点。 (3)具有八路发光二极管显示各种流水灯。 (4)可以完成各种奏乐,报警等发声音类。 2.4 模数转换器 ADC0809 的接口电路 2.4.1 ADC0809 芯片及内部结构简介 ADC0809 为 8 路模拟信号的分时采集，片内 8 路模拟选通开关，以及相应 的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为 100s 左右。ADC0809 的内部逻辑 结构图如图 2-7 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8

36、 8 位 模 拟 开 关 地址 锁存 与译 码 8 位 A D 转换器 三态输 出锁存 缓冲区 I N 0 I N 7 A D D A A D D B A D D C A L E S T A R T C L K O E G N D V c c D 0 D 7 E O C V r e f （ + ） V R E F ( - ) 图 2-7 ADC0809 内部逻辑结构 图 2-7 中多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 一个 A/D 转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译 码电路完成对 A、B、C3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择

37、， 其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相 连。 表 2-2 为通道选择表。 C B A 被选的通道 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 2.4.2 信号引脚 ADC0809 芯片为 28 引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图 2-8。 对 ADC0809 主要信号引脚的功能说明如下： IN7IN0 模拟量输入通道 ALE地址锁存允许信号，对应 ALE 上跳沿， A、B、C 地址状态送入地址 锁存器中。 START转换启动信号，START 上

38、升沿时，复位 ADC0809；START 下降沿 时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换期间， START 应保持低电平。 A、B、C 地址线。通道端口选择线， A 为低地 址，C 为高地址，引脚图中为 ADDA，ADDB 和 ADDC。其地址状态与通道对应关系见表 2-2。 CLK时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路， 所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。 通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换； EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询 的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 图 2-8 ADC080

39、9 引脚图 D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相 连。D0 为最低位，D7 为最高。 OE输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1 ，输出转换得到的数据。 Vcc+5V 电源。 Vref+、Vref- 参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐 次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref +=+5V, Vref- =-5V). 2.4.3 MCS-51 单片机与 ADC0809 的接口 IN01I2IN3I56IN7 ADBCLED0D1 2D3 456D7Vref(+) Vref(-)GNc

40、CLOKECSTAR12468910234156718920123452678 IN-0 26msb2-121 2-220 IN-1 272-319 2-418 IN-2 282-58 2-615 IN-3 12-714 lsb2-817 IN-4 2EOC7 IN-5 3ADD-A25 IN-6 4ADD-B24 ADD-C23 IN-7 5ALE22 ref(-) 16ENABLE9 START6 ref(+) 12CLOCK10 U3 ADC0809 A2A3 A41 2 3 L2A 74ALS034 5 6 L2B 74ALS03 P3.6 P2.7 P2.7 P3.7 P2.0 VC

41、C 12 34 56 78 J2 CON8 CLK3 D2 SD4 CD1 Q5 Q6L5A 74LS74 VCC P3.2 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN0IN1 IN2IN3 IN4IN5 IN6IN7 D0D1 D2D3 D4D5 D6D7 12L1A 74ALS04 图 2-9 ADC0809 与 MCS-51 单片机的连接 电路连接主要涉及两个问题。一是 8 路模拟信号通道的选择，二是 A/D 转换完成后转换数据的传送。 如图 2-9 所示模拟通道选择信号 A、B、C 分别接最低三位地址 A2、A3、A4 即（P0.2、P0.3、P0.4 ） ，

42、而地址锁存允许信号 ALE 由 P3.6 和 P2.7 控制。采用中断方式查询是否转换完毕，因而在 EOC 端加一非门电路进行 电平的转换。此外，通道地址选择以 作写选通信号。由于芯片内无时钟，可WR 利用单片机的 ALE 引脚。由于 ALE 的频率是单片机时钟频率的 1/6,如果单片 机的时钟频率采用 12MHz，则 ALE 的输出频率为 2MHz，再二分频后是 1MHz，正好符合 ADC0809 对时钟频率的要求。从图 2-9 中可以看到，把 ALE 信号与 START 信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通 道地址，紧接着在其后沿就启动转换,节省转换的时间。 2.4.4

43、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。 （1）定时传送方式 对于一种 A/D 转换其来说，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 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 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

44、。 因此可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可却只转换是否完成，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。 不管使用上述那种方式，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。不管使用上述那种方式，只要一旦确认转换结束，便可 通过指令进行数据传送。 2.4 数模转换器 DAC0832 的接口电路 D/A 转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。 D/A 转换器 的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络

45、和 R2R 梯形电阻 网络，其工作原理这里不作介绍。 集成 D/A 芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、 MOS 型等；按字长分 有 8 位、10 位、12 位等；按输出形式分有电压型和电流型。另外，不同生产厂 家的产品，其型号各不相同。例如，美国国家半导体公司的 D/A 芯片为 DAC 系列，如 DAC0832 等；美国模拟器件公司的 D/A 芯片为 AD 系列，如 AD558 等。 2.4.1 DAC0832 简介 DAC0832 是美国国家半导体公司采用 CMOS 工艺生产的 8 位 D/A 转换 集 19 12RFB892010VREFIOUT2IT1RFBV CDGN3AGND &1

46、2ILE187 LE1DI3I0(47)DI7I4(136) CS WR1 R 2 XFE LE2&G8位 输入 寄存 器 8位DAC寄 存器 8位D/A转换 器 图 2-10 DAC0832 逻辑框图 成电路芯片。它具有与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等特点，因而 得到了广泛的应用。 图 2-11 DAC0832 的结构与引脚 DAC0832 的逻辑结构框图如图 2-11 所示。片内有 R2RT 型电阻网络，用 于对参考电压提供的两条回路分别产生两个电流信号 IOUT1 和 IOUT2。DAC0832 采用 8 位输入寄存器和 8 位 DAC 寄存器二次缓冲方式，这 样可以在 D/A

47、输出的同时，送入下一个数据，以便提高转换速度。每个输入数 据为 8 位，可以直接与微机的数据总线相连，其逻辑电平与 TTL 电平兼容。 DI7DI0D/A 转换器的数字量输入引脚。其中 DI0 为最低位，DI7 为最高位。 片选信号输入端，低电平有效。CS 输入寄存器的写信号，低电平有效。1WR ILE输入寄存器选通信号，高电平有效。ILE 信号和 、 共同控制选CS1WRDAC0832 1 202 193 84 176 15 8 139 210 1AGND I3VREFFBDGN VCILE IOUT2IT175 64 CS 1WRDI 2I1DI0 2WRXFEDI4I5DI6I7 通输入

48、寄存器。当 、 均为低电平，而 ILE 为高电平时，LE1=0，输入数CS1WR 据被送至 8 位输入寄存器的输出端；当上述三个控制信号任一个无效时，LE1 变高，输入寄存器将数据锁存，输出端呈保持状态。 从输入寄存器向 DAC 寄存器传送 D/A 转换数据的控制信号，低电XFER 平有效。 DAC 寄存器的写信号，低电平有效。当 和 同时有效时，输2WXFER2W 入寄存器的数据装入 DAC 寄存器，并同时启动一次 D/A 转换。 VCC芯片电源，其值可在+5+15V 之间选取，典型值取+15V。 AGND模拟信号地。 DGND数字信号地。 Rfb内部反馈电阻引脚，用来外接 D/A 转换器输

49、出增益调整电位器。 VREFD/A 转换器的基准电压，其范围可在10+10 V 内选定。该端连至片 内的 R2RT 型电阻网络，由外部提供一个准确的参考电压。该电压精度直接影 响着 D/A 转换精度。 IOUT1D/A 转换器输出电流 1，当输入全 1 时，输出电流最大；当输入为 全 0 时，输出电流最小，即为 0。 IOUT2D/A 转换器输出电流 2，它与 IOUT1 有如下关系：IOUT1+IOUT2= 常数。 D/A 转换没有形式上的启动信号。实际上将数据写入第二级寄存器的控制 信号就是 D/A 转换器的启动信号。另外，它也没有转换结束信号， D/A 转换的 过程很快，一般还不到一条指令的执行时间。 2.4.2 DAC0832 的工作方式 DAC0832