AT89C51系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換仿真研究

宗素蘭，張翠俠

宿州學院1.煤礦機械與電子工程研究中心；2.機械與電子工程學院，宿州，234000

單片機處理的是數(shù)字量，但在自然界，如溫度、壓力、速度和流量等都是模擬量[1-3]。這些非電的物理量需要經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成模擬電信號[1]，然后再進一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字量才能由單片機處理。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，即A/D轉(zhuǎn)換[1,4]。ADC0808是一種逐次比較型8路模擬輸入，8位數(shù)字量并行輸出的A/D轉(zhuǎn)換器[5]，與實際使用的ADC0809相比，除了精度上有差別外，其余完全一樣[6]。

1 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理

A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理圖

A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由AT89C51單片機、A/D轉(zhuǎn)換器件和顯示器等組成。A/D轉(zhuǎn)換器件把外界傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并傳送給AT89C51單片機，單片機才能進行數(shù)據(jù)處理[5,7]。AT89C51單片機把A/D轉(zhuǎn)換器傳來的信號經(jīng)顯示器件顯示出來。

2 A/D轉(zhuǎn)換程序設計

ADC0808的模數(shù)轉(zhuǎn)換在編程時可以通過查詢和中斷兩種方式實現(xiàn)。

2.1 采用查詢方式實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的程序

查詢方式主要通過查詢ADC0808芯片的EOC引腳信號是不是1來實現(xiàn)。該引腳信號為1時，表明模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并把模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果送至設計時選好的顯示器件顯示出來。本次仿真研究選擇的顯示器件是發(fā)光二極管和數(shù)碼管，顯示結(jié)果非常形象直觀。

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN:

MOV DPTR,#00FFH；00FFH是ADC0808的端口地址

S1:

MOVX @DPTR,A；啟動AD轉(zhuǎn)換

MOV P3,#0FFH；P3口設為輸入端口

L1:

JB P3.2,$；P3.2即EOC反相后是1嗎，是1繼續(xù)等。

MOVX A,@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV P1,A；把轉(zhuǎn)換結(jié)果送P1口

SJMP S1

END

2.2 采用中斷方式實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換程序

中斷方式主要是利用ADC0808芯片的EOC引腳信號是不是1來實現(xiàn)。該引腳信號為1時，表明模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。AT89C51單片機中斷的觸發(fā)方式有兩種：下降沿和低電平。在編程時設置中斷的觸發(fā)方式為低電平，而模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時EOC的引腳信號為1，所以要經(jīng)過反相后再送至單片機的P3.2引腳，P3.2即是外部中斷0中斷請求信號入口。從圖2可以看出EOC經(jīng)反相后連接單片機P3.2引腳。

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H；外部中斷0入口地址

LJMP INTAD

ORG 0100H

MAIN:

SETB EX0；開外部中斷0中斷

CLR IT0；設置外部中斷0的中斷觸發(fā)方式為低電平觸發(fā)

SETB EA；開總中斷

MOV DPTR,#00FFH；00FFH是ADC0808的端口地址

MOVX @DPTR,A； 啟動AD轉(zhuǎn)換

SJMP $；死循環(huán)，等待中斷

INTAD:

MOVX A,@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV P1,A；結(jié)果送P1口顯示

MOVX @DPTR,A；再次啟動AD轉(zhuǎn)換

RETI；中斷返回

END

3 A/D轉(zhuǎn)換仿真實現(xiàn)

3.1 仿真電路圖

打開Proteus軟件，進入“Schematic Capture”模式[8-9]。因為ADC0808片內(nèi)無時鐘信號，需要外接時鐘電路。時鐘信號的形成：點擊左側(cè)菜單欄的“Generator Mode”，選取DCLOCK項。畫出圖形后，雙擊，選取或輸入ADC0808的時鐘頻率。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作時鐘具有寬廣的適用頻率范圍，最高可達3 MHz[10]。仿真時選擇500 kHz。仿真圖中的其他元件按照參考文獻[5]的操作步驟，根據(jù)下圖2中的元件名稱選取即可。選出所有元件并連接好,可得出A/D轉(zhuǎn)換的仿真電路原理圖，如圖2所示。

3.2 仿真說明

查詢和中斷兩個程序中ADC0808的端口、地址和EOC信號都以圖2為基礎。如果連接方式不同，則程序也要改變。ADC0808的6號引腳是啟動信號輸入端，7號引腳EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束標志，高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，OE是輸出允許端，高電平有效[11]。采用圖中的連接方式，當單片機執(zhí)行寫指令時，啟動AD轉(zhuǎn)換，當執(zhí)行讀指令時，OE有效，AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量傳給單片機。

圖2 系統(tǒng)仿真原理圖

3.3 仿真結(jié)果與分析

運用Keil軟件，分別加載上文中的匯編語言源程序，生成后綴為“HEX”的文件[9]。雙擊原理圖中的單片機，把生成的“HEX”文件加載進去，可得仿真結(jié)果[9](圖3～6)。仿真時模擬量取值范圍為0%～100%，或者說0～1。

圖3是滑動變阻器全部接入時即模擬量最小時所對應的數(shù)字信息。此時通道0輸入的模擬量值最小，為0%，相應的數(shù)字量也應該最小，為00H。從圖3可以看出對應的發(fā)光二極管全滅，表示送過來的數(shù)字信號為二進制信號00000000B，此時數(shù)碼管顯示00，表示對應的十六進制為00H，即模擬信號為0時，對應的數(shù)字信號也為0，與理論完全一致。從圖4可以看出，模擬信號輸入量值為25%，發(fā)光二極管顯示的信號為01000000B，數(shù)碼管顯示40，表示對應的十六進制為40H；理論分析可知，當模擬信號為25%時，對應的數(shù)字量應為最大數(shù)字信號只有FFH的四分之一，即40H，理論和仿真顯示一致。圖5表示當滑動變阻器接入50%時，此時模擬信號處于中間值0.5，對應數(shù)字量信號應為00H～FFH的中間值，即7FH。從圖5可以看出，理論和仿真結(jié)果一致。圖6表示模擬輸入量值最大時，對應的數(shù)字也應該最大，為FFH。從圖6可以看出，發(fā)光二極管全亮，表示數(shù)字信號為11111111B，數(shù)碼管顯示FF，表示對應的十六進制為FFH，理論和仿真結(jié)果完全一致。

圖3 模擬輸入量值最小時對應狀態(tài) 圖4 模擬輸入量值為25%時對應狀態(tài)

圖5 模擬輸入量值為50%時對應狀態(tài) 圖6 模擬輸入量值最大時對應狀態(tài)

4 結(jié) 論

通過仿真演示，可看出轉(zhuǎn)換芯片和單片機之間的連接，再結(jié)合相應的程序可以清楚展示在單片機系統(tǒng)中如何實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。這是實體實驗很難做到的，即使一個實驗系統(tǒng)只有A/D轉(zhuǎn)換一個實驗，復雜的連線也會讓人眼花繚亂。因此，仿真雖然不能完全代替實體實驗，但是在單片機系統(tǒng)研究中采用仿真來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，可以達到甚至比實體實驗更好的效果。