基于proteus的51单片机开发实例36-ADC0832

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1. 基于proteus的51单片机开发实例36-ADC0832

入门学习

1.1. 实验目的

在《基于proteus的51单片机开发实例34-ADC0809》中，我们学习了模数转换芯片的使用方法，但是ADC0809的数据是8位并行输入的，这对于I/O端口数目有限的51单片机来说，不是很适合，所以在本实例中，我们来学习一下使用串行数据接口的模数转换芯片ADC0832的使用方法，通过ADC0832采集外部电路的电压，然后把电压值发送到LCD1602液晶显示。

1.2. 设计思路

图1 ADC0832电路

设计模数转换芯片ADC0832的电压采集电路，采集外电路的电压值，通过LCD1602液晶把采集到的电压值显示出来，从而能够直观的看到电路及程序的运行结果。

1.3. 基础知识

1.3.1. ADC0832的引脚功能

ADC0832有8个引脚，该芯片可以对两路外部电压信号进行采集，可以在单端输入方式下工作，也可以在差分输入方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通过DI端口进行输入端的选择、数据采集、数据传送，通过DO端口获取采样数据。ADC0832的引脚排列如下图所示。

图2 ADC0832引脚

CS：片选端，低电平时选中该芯片；

CH0、CH1：模拟输入通道0、模拟输入通道1；

VCC、GND：电源、地

DI：数据信号输入，选择通道控制；

DO：数据信号输出，转换数据输出；

CLK：时钟信号输入端。

1.3.2. ADC0832的操作流程

ADC0832的时序图如下图所示。

图3 ADC0832时序

CS端作为ADC0832的片选端，在ADC不工作时，必须处于高电平，当需要ADC0832工作时，必须将CS端置为低电平，并且该低电平应当持续到ADC0832工作结束。。

时钟信号输入端应当在ADC0832开始工作后，由单片机控制输出时钟信号。在第一个时钟信号的下降沿之前，DI必须是高电平，这是表示ADC0832开始工作的一个启动信号。在第2、3个时钟信号的下降沿之前，DI端口应当输入两位数据，这两位数据的目的是选择数据通道。

当DI依次输入1、0时，只对CH0通道进行AD单通道转换；

当DI依次输入1、1时，只对CH1通道进行AD单通道转换；

当DI依次输入0、0时，CH0作为正输入端，CH1作为负输入端，进行差分转换；

当DI依次输入0、1时，CH0作为负输入端，CH1作为正输入端，进行差分转换；

在第3个时钟下降沿后，DI端的输入电平就不再起作用了。此后DO端开始输出转换后的数据。在第4个脉冲下降沿输出转换后的数据的最高位……直到第11个脉冲下降沿输出数据的最低位，一个字节的数据输出完成，然后，从该位开始，输出下一个相反字节的数据，即依次输出数据的最低位……最高位，至此，完成一次AD转换的数据输出。

前一个输出字节的8个位与后一个输出字节的8个位在高低顺序上正好相反，这样的目的是为了起到校验的效果。一般情况下，只取第一个字节的数据就可以了。如果不需要第二个字节的数据，可以在接受完第一个字节后，直接将CS端置为高电平，舍弃第二个字节。

虽然ADC0832的DI和DI是两个端口，但是这两个端口并不是同时工作的，而是先由单片机控制DI向ADC0832输出2位通道选择数据，接着由单片机从DO端口读取AD转换结果数据，所以在实际电路中，DI和DO可以接到同一个单片机的I/O端口。

ADC0832的转换电压范围是0~5V，当电压为0V，转换结果是0x00，当电压是5V，转换结果是0xff。因此，在程序中计算实际电压值时，可使用公式：电压值=（255/5）*DO输出的数字值。

1.4. 电路设计

本实例的电路图如图1所示。

ADC0832的DI和DO都连接到单片机的P3.2端口，编程实现分时向ADC0832输出数据或从ADC0832读取数据。ADC0832的时钟端口连接到单片机的P3.1口。在ADC0832的CH0端口连接电位器，作为模拟电压输入。

单片机的P0口连接LCD1602液晶的8位数据口，单片机的P2.0、P2.1、P2.2分别连接液晶的RS、RW、E端口。

1.5. 程序设计

本实例的程序代码如下。

主程序代码

 #include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件 #include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件 #include "ADC0832.h"//包含ADC0832操作函数的头文件 #include "LCD1602.h"//包含LCD1602操作函数的头文件 #include "Delay.h"//包含延时操作函数的头文件 ////////////////////////////////////////////////////////////////// unsigned char code digit[10]={"0"}; //定义字符数组显示数字 unsigned char code Str[]={"Volt="}; //第二行显示内容 unsigned char code Str11[]={"laomashitu MCU"}; //液晶第一行显示内容 /* 函数功能：主函数 */ main(void) { unsigned int AD_val; //A/D转换后的值 unsigned char Int,Dec; //电压值的整数部分与小数部分 LcdInitiate(); //液晶初始化 DelayXms(5); //延时5ms display_volt(); //在液晶第二行显示“Volt=” display_dot(); //显示小数点 display_V(); //显示电压的单位“V” display_MCU(); while(1) { AD_val= A_D(); //启动A/D转换，获取转换后的电压值 Int=(AD_val)/51; //计算电压值的整数部分 Dec=(AD_val%51)*100/51; //计算电压值的小数部分 display1(Int); //显示电压值的整数部分 display2(Dec); //显示电压值的小数部分 DelayXms(250); //延时 } }

LCD1602.C代码

//LCD1602.c #include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件 #include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件 #include"LCD1602.h" //包含1602液晶显示函数的头文件 #include"DS1302.h" //包含1302时钟读写的头文件 #include"Delay.h" //包含延时函数的头文件 extern unsigned char code digit[10]; //定义字符数组显示数字 extern unsigned char code Str[]; //说明显示的是电压 extern unsigned char code Str11[]; /* 以下是对液晶模块的操作程序 */ /* 函数功能：判断液晶模块的忙碌状态 返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙 */ bit BusyTest(void) { bit result; RS=0; //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态 RW=1; E=1; //E=1，才允许读写 _nop_(); //空操作 _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 result=BF; //将忙碌标志电平赋给result E=0; //将E恢复低电平 return result; } /* 函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 入口参数：dictate */ void WriteInstruction (unsigned char dictate) { while(BusyTest()==1); //如果忙就等待 RS=0; //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令 RW=0; E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" _nop_(); _nop_(); //空操作两个机器周期，给硬件反应时间 P0=dictate; //将数据送入P0口，即写入指令或地址 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; //E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 } /* 函数功能：指定字符显示的实际地址 入口参数：x */ void WriteAddress(unsigned char x) { WriteInstruction(x|0x80); //显示位置的确定方法规定为"80H+地址码x" } /* 函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块 入口参数：y(为字符常量) */ void WriteData(unsigned char y) { while(BusyTest()==1); RS=1; //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 RW=0; E=0; //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0" P0=y; //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=1; //E置高电平 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 E=0; //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 } /* 函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置 */ void LcdInitiate(void) { DelayXms(15); //延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 WriteInstruction(0x38); //显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口 DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x38); //连续三次，确保初始化成功 DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x0c); //显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁 DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x06); //显示模式设置：光标右移，字符不移 DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 WriteInstruction(0x01); //清屏幕指令，将以前的显示内容清除 DelayXms(5); //延时5ms　，给硬件一点反应时间 } / 以下是电压显示的说明 / /* 函数功能：显示电压符号 */ void display_volt(void) { unsigned char i; WriteAddress((0x03+0x40)); //写显示地址，将在第2行第1列开始显示 i = 0; //从第一个字符开始显示 while(Str[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写 { WriteData(Str[i]); //将字符常量写入LCD i++; //指向下一个字符 } } /* 函数功能：显示“laomashitu MCU” */ void display_MCU(void) { unsigned char i; WriteAddress(0x00); //写显示地址，将在第2行第1列开始显示 i = 0; //从第一个字符开始显示 while(Str11[i] != '\0') //只要没有写到结束标志，就继续写 { WriteData(Str11[i]); //将字符常量写入LCD i++; //指向下一个字符 } } /* 函数功能：显示电压的小数点 */ void display_dot(void) { WriteAddress((0x09+0x40)); //写显示地址，将在第1行第10列开始显示 WriteData('.'); //将小数点的字符常量写入LCD } /* 函数功能：显示电压的单位(V) */ void display_V(void) { WriteAddress((0x0c+0x40)); //写显示地址，将在第2行第13列开始显示 WriteData('V'); //将字符常量写入LCD } /* 函数功能：显示电压的整数部分 入口参数：x */ void display1(unsigned char x) { WriteAddress((0x08+0x40)); //写显示地址,将在第2行第7列开始显示 WriteData(digit[x]); //将百位数字的字符常量写入LCD } /* 函数功能：显示电压的小数数部分 入口参数：x */ void display2(unsigned char x) { unsigned char i,j; i=x/10; //取十位（小数点后第一位） j=x%10; //取个位（小数点后第二位） WriteAddress((0x0a+0x40)); //写显示地址,将在第1行第11列开始显示 WriteData(digit[i]); //将小数部分的第一位数字字符常量写入LCD WriteData(digit[j]); //将小数部分的第一位数字字符常量写入LCD } 

LCD1602.H代码

//LCD1602.h /* 以下是对液晶模块的操作程序 */ sbit RS=P2^0; //寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚 sbit RW=P2^1; //读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚 sbit E=P2^2; //使能信号位，将E位定义为P2.2引脚 sbit BF=P0^7; //忙碌标志位，，将BF位定义为P0.7引脚 //判断液晶模块的忙碌状态 bit BusyTest(void); //将模式设置指令或显示地址写入液晶模块 void WriteInstruction (unsigned char dictate); //指定字符显示的实际地址 void WriteAddress(unsigned char x); //将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块 void WriteData(unsigned char y); //对LCD的显示模式进行初始化设置 void LcdInitiate(void); //显示电压符号 void display_volt(void); //显示电压的小数点 void display_dot(void); //显示电压的单位(V) void display_V(void); //显示电压的整数部分 void display1(unsigned char x); //显示电压的小数数部分 void display2(unsigned char x); //显示“laomashitu MCU” void display_MCU(void); 

ADC0832.C代码

//ADC0832.C #include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件 #include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件 #include "ADC0832.h" #include "LCD1602.h" #include "Delay.h" sbit CS=P3^4; //将CS位定义为P3.4引脚 sbit CLK=P3^0; //将CLK位定义为P3.0引脚 sbit DIO=P3^1; //将DIO位定义为P3.1引脚 /* 函数功能：将模拟信号转换成数字信号 */ unsigned char A_D() { unsigned char i,dat; CS=1; //一个转换周期开始 CLK=0; //为第一个脉冲作准备 CS=0; //CS置0，片选有效，ADC0832开始工作 DIO=1; //DIO置1，起始信号 CLK=1; //第一个脉冲 CLK=0; //第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平 DIO=1; //DIO置1， 通道选择信号 CLK=1; //第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别输入两位数据用于选择通道，这里选通道CH0 CLK=0; //第二个脉冲下降沿 DIO=0; //DI置0，选择通道0 CLK=1; //第三个脉冲 CLK=0; //第三个脉冲下降沿 DIO=1; //第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1 //CLK=1; //第四个脉冲 for(i=0;i<8;i++) //高位在前 { CLK=1; //第四个脉冲 CLK=0; dat<<=1; //将下面储存的低位数据向右移 dat=dat|DIO; //将输出数据DIO通过或运算储存在dat最低位 } CS=1; //片选无效 return dat; //将读书的数据返回 } 

ADC0832.H代码

//启动ADC0832工作，获取转换后的电压值 unsigned char A_D(void);

Delay.c代码

//Delay.c #include<reg51.h> //包含单片机寄存器的头文件 #include<intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件 #include"Delay.h" //包含延时函数的头文件 /* 函数功能：延时1ms (3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒 */ void Delay1ms() { unsigned char i,j; for(i=0;i<10;i++) for(j=0;j<33;j++) ; } /* 函数功能：延时若干毫秒 入口参数：n */ void DelayXms(unsigned int DelayCounter) { unsigned int i; for(i=0;i<DelayCounter;i++) Delay1ms(); } 

Delay.h代码

//延时1ms void Delay1ms(); //延时若干毫秒 void DelayXms(unsigned int DelayCounter); 

1.5.1. ADC0832的启动

将CS端口置低电平后，在CLK下降沿之前，向DI端口输出高电平，启动ADC0832开始工作。

1.5.2. ADC0832的通道选择

单片机控制DI端口，在第2个CLK下降沿之前输出“1”，在第3个CLK下降沿之前输出数据“0”，选择通道CH0进行单通道转换。

1.6. 实例仿真

在Proteus环境下建立图1所示的电路，将编译完成的hex文件装载到单片机中，开始仿真，同时可以调整电位器的动片的位置，使CH0端口的电压值变化，观察液晶显示的电压值是否随之变化，并且确定获得的电压值是否正确。

仿真结果如下面视频所示。

1.7. 总结

我们之前学习了ADC0809的模拟电压转换，本例中又学习了ADC0832的模拟电压转换。至此了解了AD转换的并行数据输出和串行数据输出两种模数转换芯片的电路设计和编程控制。