目录1、设计目的及要求 (2)1.1 设计目的及意义 (2)1.2 设计要求 (2)2、工作原理及元器件选择 (2)2.1 单片机简介 (2)2.2.1 引脚简介 (3)2.3 A/D转换装置 (6)2.3.1 A/D转换基本原理 (6)2.3.2 A/D转换器的主要技术参数 (6)2.3.3 ADC0809内部构造 (7)2.3.4 ADC0809引脚连线 (9)2.4 D/A转换装置 (9)2.4.1 D/A转换基本原理 (9)2.4.2 D/A转换器的主要性能指标 (10)2.4.3 DAC0832内部构造 (11)2.4.4 DAC0832的工作方式 (12)2.4.5 DAC0832的输出方式 (13)2.5 锁存器 (14)2.5.1 74LS373性能特点 (15)2.6 分频器 (15)2.7 其它电路 (16)2.7.1报警显示电路 (16)2.7.2 看门狗电路 (17)2.7.3 扩展电路 (18)2.7.4 上位机通讯电路 (19)2.7.5 LED显示电路 (20)3、系统工作过程 (21)3.1 ADC0809工作过程 (21)3.2 DAC0832工作过程 (21)4、元器件清单 (22)5、心得体会 (22)6、参考文献 (22)7、工作日记 (22)1、设计目的及要求1.1 设计目的及意义本课程的课程设计的目的在于加深对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力，加深对控制系统理解，将所学的知识灵活穿插并运用起来。

1.2 设计要求设计一个基于单片机具有A/D，D/A功能的信号测控装置，要求能够接入典型传感器信号，输入标准电压/电流，抗干扰，通用，安全，性价比高。

2、工作原理及元器件选择2.1 单片机简介在单片机应用系统中，被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量，需要经传感器先转换成连续变化的模拟电信号（电压或电流），这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用应用软件进行处理。

我们通常所讲的“单片机”又称微控制器，它并不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出设备等系统集成到一块电路芯片中。

技术在进步，现在某些型号的单片机芯片中也集成了A/D——Analog to Digital Conversion（模拟-字转换），D/A——Digital to Analog Conversion（数字-模拟转换）等功能模块。

简单的讲：这块芯片就成了一台计算机。

它具有体积小、重量轻、价格低廉的特点。

目前用的较多是Intel MCS-51 系列单片机，它有三个版本：8031、8051、8751（8位机）。

本设计中我采用的是89C51单片机。

89C51单片机芯片采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，引脚如图1所示。

图1- 89C51引脚图2.2.1 引脚简介⑴主电源和时钟振荡电路引脚Vcc（40引脚）：运行和程序校验时接+5V电源。

Vss（20引脚）：电源地。

XTAL1（19引脚）：接外部晶振的一个引脚。

该引脚内部是一个反相放大器的输入端。

这个反相放大器构成了片内振荡器。

如果采用外部晶体振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2（18引脚）：接外部晶振的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。

若采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。

⑵输入输出I/O引脚共4个8位的并行I/O口，32根I/O线。

P0.0-P0.7（32-39引脚）：统称为P0口。

在不接片外存储器与不扩展I/O 口时，可作为准双向输入/输出口。

在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。

P1.0-P1.7（1-8引脚）：统称为P1口。

可作为准双向I/O口使用。

对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。

P2.0-P2.7（21-28引脚）：统称为P2口。

一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。

P3.0-P3.7（10-17引脚）：统称为P3口。

除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。

P3口的第二功能如表1所示。

表1 P3口第二功能RST/（9引脚）：RST（RESET）是复位信号的输入端，高电平有效。

当VPD单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。

在此单片机正常工作时，此引脚应为≤0.5V 低电平。

VPD为本引脚的第二功能，即备用电源输入端。

当主电源Vcc发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中信息不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。

ALE/（30引脚）：ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电PROG正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。

当单片机访问外部存储器时，ALE 输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存控制信号。

即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的1/6。

如果想初步判断单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE 端是否有正脉冲信号输出。

如果有脉冲信号输出，则单片机基本上是好的。

PROG 为本引脚的第二功能。

在对片内EPROM 型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。

PSEN （29引脚）：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。

在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生2次PSEN 信号。

在执行片内程序存储器取指令时，不产生PSEN 信号；在访问外部数据存储器时，亦不产生PSEN 信号。

PP V EA /：EA 为内外程序存储器选择控制端。

当EA 引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC （程序计数器）值超过0FFFH 时，即超出片内程序存储器的4KB 地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

当EA 引脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部存储器。

图2- 89C51最小系统2.3 A/D转换装置2.3.1 A/D转换基本原理单片机在日常生活中用得越来越多，其集成度也越来越高，目前拥有多种单片机都集成有A/D转换功能，如PIC，AVR，SUNPLUS，SH等。

处理器的位数从4位到32位或更高，转换精度从6位，8位，10位或更高。

单片机内集成的A/D转换，一般都有相应的特殊功能寄存器来设置A/D的使能标志，参考电压，转换频率，通道选择，A/D输入口的属性（模拟量输入还是普通的I/O口），启动，停止控制等。

有了这些寄存器，使得我们控制单片机的模拟量采集变得非常方便。

A/D转换的基本原理是：将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参考电平的比例来求得输入电平的测量值（V测=V参*（AD量化值/AD转换的最大值））。

有些MCU A/D转换的参考电平可以选择由一个外部引脚输入，这样使得用户可以对A/D转换进行更好的控制。

值得注意的一点就是A/D转换的输入电平必须比参考电平低或相等，不然测试的结果就会有很大的偏差。

下面以参考电平为5V，转换的精度为8位为例来说明如何取得实际的测量值是多少。

如果AD量化值为128，则V测= 5*128/256=2.5V。

因为V测=V参*（AD量化值/AD转换的最大值）=AD量化值*（V参/AD转换的最大值），而针对具体的硬件电路，“V参/AD转化的最大值”是一个固定的系数。

而这个系数，就相当于测试的精度了。

对于10位的A/D，5V的参考电压的测试精度约5毫伏，而用2.048伏的参考电压，精度就可以达到2毫伏。

当然测试的电压范围相应的也减小了。

我曾经就用这种减小测量范围来提高精度，使用PIC16F76做A/D测量，使得正负误差不超过5毫伏的高精度测试电源。

当误差超过5毫伏时，电路发出报警声，提示操作员，重新调解电压到规定范围内。

2.3.2 A/D转换器的主要技术参数①分辨率分辨率指输出数字量的位数，常用的有 8位、10位、12位、14位等。

一般地，位数越多，价格越贵。

分辨率表示的是转换器对微小输入量变化敏感程度。

例如：8位 ADC 的分辨率是 8位，数字量变换范围是 0～ 255，当输入电压满刻度为 5 V 时，转换电路对输入模拟电压的分辨能力为5 V/255≈19.6 mV。

②转换精度转换精度是指对应于输入的模拟电压得到的数字量与应得到的理想数字量之间的差值。

通常用数字量的最低有效位（LSB）来表示。

③转换时间转换时间指完成一次 A /D 转换所需要的时间，一般为几个至几百微秒。

④线性度模拟电压输入与 A /D 转换后得到的数字量成线性增加的程度。

本设计采用的是ADC0809是 NSC公司生产的 CMOS逐次比较式 A /D 转换器。

2.3.3 ADC0809内部构造ADC0809的内部结构框图如图3所示。

通过引脚 IN0～ IN7 可输入 8路模拟电压，但每次只能转换一路，其通道号由地址信号 ADDA、ADDB、ADDC 译码后选定，如表 10- 4所示，片内有地址锁存和译码器。

转换结果送入三态输出锁存缓冲器，当输出允许信号 OE 有效时才输出到数据总线上。

图3-ADC0809的内部结构ADC0809引脚信号及功能如下所示。

ADC0809为28引脚。

其主要引脚信号如下：图4-ADC0809引脚图①ST为启动模/数转换引脚，当该引脚收到高电平时，开始启动A/D转换。

②EOC为模/数转换结束输出引脚，转换结束时，该引脚输出高电平。

在启动 A/D转换后，可以通过对该引脚状态查询（读入）得知模/数转换是否完成③OE为输出允许控制，该引脚用于控制选通三态门。

A/D转换完成得到的数字量存在芯片内。

当OE=1时，三态门打开，A/D转换后得到的数字量才可通过三态门到达数据总线，进而被读入CPU。

④CLK为外加时钟输入引脚。

其频率为50～800kHz，使用时常接500～600Kh⑤ALE为模拟通道锁存信号。

当此引脚由低电平到高电平跳变时，将加到 ADDC、ADDB、ADDA引脚的数据锁存并选通相应的模拟通道。

⑥ADDA、ADDB、ADDC 模拟通道选择端。

2.3.4 ADC0809引脚连线图5- ADC0809接线图2.4 D/A转换装置2.4.1 D/A转换基本原理D/A 转换有多种方法，如权电阻网络法、T形电阻网络法和开关树法，但最常见的是 T形电阻网络法。