学习情境6-数字电压表的设计
之  用lcd1602和adc0808设计的数字电压表
☆点名，复习
1、ADC0832的引脚及其功能，以及与单片机的硬件连接？
引言：
数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优点。数字电压表的核心部件是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。
积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。
逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。
在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以AT89C51单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0808、液晶显示器LCD1602为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V直流电压，最小分辨率0.02V。
☆新课讲授
6.2基于LCD1602和ADC0808设计的数字电压表
逐次逼近型A/D转换器属于直接型A/D转换器，它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。主要由比较器、环形分配器、控制门、寄存器与D/A转换器组成。
6.2．1 ADC0808简介
1、主要技术指标和特性
（1）分辨率： 8位。
（2）总的不可调误差： ADC0808为±LSB,ADC 0809为±1LSB。
（3）转换时间： 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。
（4）单一电源： +5V。
（5）模拟输入电压范围： 单极性0～5V；双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。
（6）具有可控三态输出缓存器。
（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。
（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。
2、ADC0808引脚功能
                        图6-2-1 ADC0808引脚图
（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。
（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。
（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。
（4）VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。
表6-1-1  地址信号与选中通道的关系
地    址
选中通道
ADDC
ADDB
ADDA
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。
（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。
（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到STARTdefine的基本用法端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。
（8）OE——输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。
3、ADC0808内部结构图
逐次逼近型A/D转换器ADC0808由八路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、D/A转换器、寄存器、控制电路和三态输出锁存器等组成。其内部结构如图4所示。
图6-2-2  ADC0808内部结构
4、工作时序与使用说明
                      图6-2-3  ADC0808工作时序
ADC 0808/0809的工作时序如图11.21所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。
6.2.2 系统硬件设计
从以上分析可知。ADC0808有8个模拟通道，本文的模拟量从0通道输入，由ADC0808的模拟通道地址表可知，电路中应当把ADDC、ADDB、ADDA三个引脚全部接地。
根据ADC0808的工作时序图可知，START引脚在一个高电平后启动A/D转换，当EOC引脚出现一个低电平时转换结束，然后由OE引脚控制，从并行输出端读取一个字节的转换结果。转换后的结果为0x00-0xFF，转换过程中芯片所需的时钟信号由单片机定时器中断子程序提供。具体硬件结构图如图6-2-4所示：
图6-2-4 系统硬件连接图
6.2.3 系统软件设计
根据需要，可将系统软件按照功能划分为4个模块，分别是主程序模块、A/D转换模块、液晶显示模块、中断服务程序模块(改变显示的小数点位置)。编写系统软件时，可首先编写各模块的底层驱动程序，而后是系统联机调试，最后编写上层主程序。
1、主程序设计
www.zhulong
主程序主要负责初始化工作：设置定时器、寄存器的初值，启动A/D转换，读取转换结果，处理量程转换响应，控制液晶实时显示等，其流程图如图6-2-5所示。
图6-2-5主程序流程图
2、A/D转换程序
图6-2-6 A/D转换程序流程图
A/D转换程序的功能是采集数据，在整个系统设计中占有很高的地位。当系统设置好后，单片机扫描转换结束管脚P1.7的输入电平状态，当输入为高电平则转换完成，将转换的数值转换并显示输出。若输入为低电平，则继续扫描。程序流程图如图6-2-6所示。
      程序如下：
#include<reg52.h>
#include <intrins.h>
unsigned long dat_adc0808;
uint adc0808_init()      // AD初始化
{
  START=0;
  OE=0;
  START=1;
  START=0;
  while(EOC==0);
  OE=1;
  dat_adc0808=P1;
  OE=0;
  return dat_adc0808;
}
  得到ADC0808的转换结果后，应当及时处理成LCD1602能够显示的数字字符。以下函数实现此功能，为ADC0808显示刷新子程序：
        void Refresh_show()        //刷新显示
{
  uint t=dat_adc0808*500.0/255;    //
  display_buffer[1][7] = t/100+'0';    //整数位
  display_buffer[1][9] = t/10%10+'0';    //两个小数位
  display_buffer[1][10] = t%10+'0';
}
☆课堂小结
本节课我们主要学习了如何应用ADC0808设计一个数字电压表。知道了在硬件上ADC0808芯片和单片机的连接，在软件方面，我们着重介绍了如何获取A/D转换结果函数的设计，这需要我们从ADC0808芯片的技术资料中获得设计程序的方法。通过和前面一个项目的对比可知，对于模数转换芯片的使用，关键的一点就是我们必需明白A/D芯片的转换机制，ADC0808转换时和时钟引脚的频率有很大的关系，频率设置不当，ADC0808就不能转换，这一点同学们要特别注意。

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