12位AD转换器与单片机的接口电路设计要点

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:

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

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

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)

2.1 系统设计元器件功能说明 (7)

2.2 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

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±1/2LBS或±1LBS

转换速率：25us

模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V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(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]. 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]. 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。

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):

373 的输出端O0~O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端OE 为低电平时，O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE 为高电平时，O0~O7 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：D0～D7 数据输入端OE 三态允许控制端（低电平有效）LE 锁存允许端O0~O7 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 …………………………………. -55~125℃74XXX …………………………………. 0~70℃存储温度…………………………………………. -65~150℃

2.2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=P1^0;

sbit ADin=P1^1;

sbit CS=P1^2;

sbit CLK=P1^3;

sbit EOC=P1^4;

sbit LE=P1^6;

sbit LE2=P1^7;

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;i

_nop_();

}

////////数码管显示子函数

void display(uint AD)

{

uchar q,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。uint readAD(uchar port)

{

uchar ch,i,j;

uint ad;

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;

}

}

CS=1; //转换和读取数值while(!EOC);

ad>>=1;

return(ad);

}

//主函数

void main()

{

while(1)

{

n=readAD(0x00); //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 * (2^12 -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TLC2543的主要特点、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

The principle and applications of the serial A／D converter TLC2543

Pan Zhidong ，Liu Zenghua~

(1．Hangzhou Commerleal College，Hangzhou 3 10035，China；

2．Power Supplies Company of Qinhuaugd80 Pml Bureau，Hebei Qinhuangdao 06601 2，China) Abstract：This paper introduces the features， the operating principle and the applications of

TLC2543 which is a multi-channel and hish accuracy serial A／D eonve~er．

Key words：A／D eonve~er；SP1

0 引言

TLC2543是lrJ公司生产的一种l2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：串行三态输出数据端(DATA OUTPUT)、输入数据端(DATA INPUT)、输入／时