項(xiàng)目10數(shù)模接口擴(kuò)展的設(shè)計(jì)與制作

項(xiàng)目十?dāng)?shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展的設(shè)計(jì)與制作單片機(jī)原理與應(yīng)用（C語(yǔ)言版）嵌入式開發(fā)初級(jí)目錄10.1項(xiàng)目要求與分析10.4

項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)10.6項(xiàng)目小結(jié)10.7

項(xiàng)目拓展10.2

項(xiàng)目理論知識(shí)10.3

項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)10.5

項(xiàng)目實(shí)施10.1項(xiàng)目要求與分析10.1.1項(xiàng)目要求在數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目中，除了存儲(chǔ)器部分、顯示接口部分和鍵盤部分，還需要模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于獲取電壓值。（1）單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片連接；（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片能將模擬電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓值，送至顯示接口電路部分顯示；（3）獲得的數(shù)字電壓值保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并能夠讀取查看。10.1項(xiàng)目要求與分析10.1.2項(xiàng)目要求分析根據(jù)項(xiàng)目要求的內(nèi)容，需要滿足以下要求，才可以完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。（1）硬件功能要求：系統(tǒng)由單片機(jī)、數(shù)字存儲(chǔ)器、LCD1602、3個(gè)按鍵和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成，完成單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接；（2）軟件功能要求：完成模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的軟件控制功能；10.1項(xiàng)目要求與分析模擬量輸入輸出通道是單片機(jī)與控制對(duì)象之間的重要接口。（1）A/D轉(zhuǎn)換器即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）：將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)的器件。是模擬量輸入通道的核心器件。（2）D/A轉(zhuǎn)換器即數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter，DAC）：將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)的器件。是模擬量輸出通道的核心器件。10.1項(xiàng)目要求與分析對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)化電路的擴(kuò)展采用非總線擴(kuò)展方法為了實(shí)現(xiàn)上述功能要求，應(yīng)該掌握以下知識(shí)：（1）常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片及工作原理；（2）單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的硬件連接及軟件訪問(wèn)控制；（3）常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及工作原理；（4）單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的硬件連接及軟件訪問(wèn)控制。10.1項(xiàng)目要求與分析為了實(shí)現(xiàn)上述功能要求，應(yīng)該具備以下能力：（1）能夠使用Proteus軟件的實(shí)現(xiàn)硬件功能要求；（2）能夠使用Keil軟件的實(shí)現(xiàn)軟件功能要求：完成對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的的訪問(wèn)控制；（3）能夠使用Keil軟件和Proteus軟件的聯(lián)調(diào)開發(fā)環(huán)境完成整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)要求。10.2項(xiàng)目理論知識(shí)10.2.1D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，輸出的是模擬量，完成數(shù)字量→模擬量的轉(zhuǎn)換

圖DAC轉(zhuǎn)換的原理圖D/A轉(zhuǎn)換器的原理：把輸入數(shù)字量中每位都按其權(quán)值分別轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過(guò)運(yùn)算放大器求和相加，模擬量輸出的關(guān)系式如下：Vout=B×C10.2項(xiàng)目理論知識(shí)有關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)如下：（1）分辨率：是指輸入數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。（2）轉(zhuǎn)換精度：由D/A轉(zhuǎn)換器引入的輸出與輸入之間的誤差。分為絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度。（3）轉(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間：轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)間來(lái)反映的。建立時(shí)間是指當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量有滿刻度變化時(shí)，從輸入數(shù)字量到輸出模擬量達(dá)到與終值相差±1/2LSB（最低有效位）相當(dāng)?shù)哪M量值所需的時(shí)間。10.2項(xiàng)目理論知識(shí)1．單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的硬件連接DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列圖如圖12-1所示。

圖12-1DAC0832引腳圖10.2項(xiàng)目理論知識(shí)編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1/CS片選信號(hào)11VCC電源2/WR1第1寫信號(hào)12ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)3AGND模擬地13/WR2第2寫信號(hào)4DI3轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入14/XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)5DI2轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入15DI4轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入6DI1轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入16DI5轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入7DI0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入17DI6轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入8Vref基準(zhǔn)電壓18DI7轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入9Rfb反饋電阻端19Iout2電流輸出210DGND數(shù)字地20Iout1電流輸出110.2項(xiàng)目理論知識(shí)2.單片機(jī)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的訪問(wèn)控制DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，有如下3種工作方式：（1）直通方式：適用于連續(xù)反饋控制線路中。此方式下，DAC0832必須通過(guò)I/O接口與CPU連接。

（2）單緩沖方式：適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。（3）雙緩沖方式：適用于多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情形。10.2項(xiàng)目理論知識(shí)10.2.2A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量→數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。常用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。（1）積分型A/D轉(zhuǎn)換器積分型ADC是一種間接式A/D轉(zhuǎn)換器，其工作原理是先將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量（時(shí)間T或頻率f），然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。（2）逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過(guò)逐次比較邏輯構(gòu)成，從數(shù)據(jù)的最高位MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。10.2項(xiàng)目理論知識(shí)有關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)如下：（1）分辨率：是指輸入模擬量（常為電壓）發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量的變化量。（2）轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差通常是以輸出誤差的最大值形式給出。它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。10.2項(xiàng)目理論知識(shí)1．單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的硬件連接ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。

編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1片選信號(hào)5DI數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入2CH0模擬輸入通道06DO數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出3CH1模擬輸入通道17CLK時(shí)鐘信號(hào)4GND地8VCC/Vref電源/參考電壓輸入10.2項(xiàng)目理論知識(shí)2．單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的訪問(wèn)控制正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4個(gè)引腳，分別是

、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一起使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)

輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將

使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由單片機(jī)向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。10.3項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)10.3.1數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展除了單片機(jī)外接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、液晶LCD和鍵盤，需要外接A/D轉(zhuǎn)換器部分，這部分需要單片機(jī)控制。項(xiàng)目的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是：（1）進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)連接的I/O端口。（2）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮如何控制A/D轉(zhuǎn)換器，如何獲得A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。10.3項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)10.3.2硬件電路的概要設(shè)計(jì)有關(guān)數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展的硬件電路的概要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）A/D轉(zhuǎn)換器控制線部分/CS片選信號(hào)，低電平有效。連接至單片機(jī)的P3.3引腳。

CLK時(shí)鐘信號(hào)：連接至單片機(jī)的P3.4引腳，用于控制A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程。（2）A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸入部分模擬信號(hào)輸入：采用CH0通道輸入電壓值，連接至可調(diào)電阻。數(shù)字信號(hào)輸出：通過(guò)DO引腳輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，連接至單片機(jī)的P3.5引腳數(shù)字信號(hào)輸入：將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。10.3項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)10.3.3軟件程序的概要設(shè)計(jì)有關(guān)數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展的軟件設(shè)計(jì)的軟。軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是：如何判定按下的鍵，以及SET鍵的功能處理、UP鍵的功能處理和DOWN鍵的功能處理。10.4項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)10.4.2硬件電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展的硬件電路的概要設(shè)計(jì)，詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)如下：根據(jù)圖所示的硬件電路，可以看出：（1）模擬信號(hào)輸入部分：這部分電路由可調(diào)電阻RV1、電壓表構(gòu)成，其中可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)輸入的模擬電壓量，電壓表用于測(cè)量輸入的模擬電壓量。模擬電壓量采用CH0通道輸入。（2）數(shù)字信號(hào)輸出部分：這部分電路通過(guò)DO引腳輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，連接至單片機(jī)的P3.5引腳。10.4項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)10.4.3軟件程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)字電壓計(jì)項(xiàng)目的數(shù)模轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展的軟件概要設(shè)計(jì)，軟件部分的設(shè)計(jì)主要是：ADC0832的控制。10.5項(xiàng)目實(shí)施根據(jù)上述有關(guān)項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在使用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟如下：第一步，打開設(shè)計(jì)；添加元器件；第二步，放置對(duì)象（包括元器件和電源終端）并布局；編輯修改元器件參數(shù)；放置連線，連接對(duì)象，建立原理圖。序號(hào)庫(kù)參考名稱庫(kù)描述1ADC0832NATDAC8-bitserialIOADC1POT-HGACTIVEHighgranularityinteractivepotentiometer10.5項(xiàng)目實(shí)施10.5.2軟件程序的實(shí)施有關(guān)項(xiàng)目的軟件程序的實(shí)施，具體步驟如下：第一步，打開項(xiàng)目工程；第二步，新建ADC0832子程序源文件并編輯；第三步，將新建的ADC0832子程序源文件添加到主程序文件中，

在main主函數(shù)中添加ADC調(diào)用程序語(yǔ)句；10.6項(xiàng)目仿真與調(diào)試10.6.1項(xiàng)目仿真仿真的具體步驟如下：第一步，查看存儲(chǔ)器電路的工作狀態(tài)；第二步，查看顯示電路的工作狀態(tài)；第三步，