數(shù)字電壓表設(shè)計實驗(并行AD 數(shù)據(jù)采集與顯示)
一、設(shè)計要求:
設(shè)計一個測量范圍為0~5V 的電壓表。用三位數(shù)碼管顯示,顯示小數(shù)點。
二、實驗?zāi)康模?br>學(xué)習(xí)使用并行AD 變換器ADC0809。
了解數(shù)字電壓表的工作原理。
學(xué)習(xí)使用狀態(tài)機(jī)。
三、實驗原理:
產(chǎn)生AD 變換器的控制信號:
ADC0809 是CMOS 的8 位A/D 轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)有8 路模擬開關(guān),可控制
8 個模擬量中的一個進(jìn)入轉(zhuǎn)換器中。ADC0809 的分辨率為8 位,轉(zhuǎn)換時間約
100us,含鎖存控制的8 路多路開關(guān),輸出有三態(tài)緩沖器控制,單5V 電源供電。
主要控制信號說明:START 是轉(zhuǎn)換啟動信號,高電平有效;ALE 是3 位通
道選擇地址(ADDC、ADDB、ADDA)信號的鎖存信號。當(dāng)模擬量送至某一輸
入端(如IN1 或IN2 等),由3 位地址信號選擇,而地址信號由ALE 鎖存;EOC
是轉(zhuǎn)換情況狀態(tài)信號,當(dāng)啟動轉(zhuǎn)換約100us 后,EOC 產(chǎn)生一個負(fù)脈沖,以示轉(zhuǎn)
換結(jié)束;在EOC 的上升沿后,若使輸出使能信號OE 為高電平,則控制打開三
態(tài)緩沖器,把轉(zhuǎn)換好的8 位數(shù)據(jù)結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)總線。至此ADC0809 的一次轉(zhuǎn)
換結(jié)束了。對于ADC0809 芯片的其他介紹請參閱其數(shù)據(jù)手冊。芯片ADC0809
的控制時序圖(圖14)。
在實驗儀器中CS 與WR 相與后接在了ALE 和START 端,CS 與RD 相與
后接在了OE 端,通過對時序和電路的綜合考慮,建議使用如下的AD 控制時序。
由圖15 可知,當(dāng)CS 和WR 同時為高電平時,ADC0809 開始轉(zhuǎn)換,當(dāng)轉(zhuǎn)換
完成后,在INT 腳輸出高電平,等待讀數(shù)據(jù);當(dāng)CS 和RD 同時為高電平時,通
過數(shù)據(jù)總線D[7..0]從ADC0809 讀出數(shù)據(jù)。
從圖我們可以將整個控制氣分成4 個步驟狀態(tài):S0、S1、S2、S3,各狀態(tài)
的動作方式如下:
狀態(tài)S0:CS=1、WR=1、RD=0(由控制器發(fā)出信號要求ADC0809 開始進(jìn)
行模/數(shù)信號的轉(zhuǎn)換)。
狀態(tài)S1:CS=0、WR=0、RD=0 (ADC0809 進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作,轉(zhuǎn)換完畢后INT
將低電位升至高電位)。
狀態(tài)S2: CS=1、WR=0、RD=1(由控制器發(fā)出信號以讀取ADC0809 的轉(zhuǎn)
換資料)。
狀態(tài)S3: CS=0、WR=0、RD=0(由控制器讀取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字轉(zhuǎn)換資
料)。由上述的四個狀態(tài)可以歸納出整個控制器的動作功能有:負(fù)責(zé)在每個步驟送出所需的CS、WR、RD 控制信號。在狀態(tài)S1 時,監(jiān)控INT 信號是否由低變高,如此以便了解轉(zhuǎn)換動作結(jié)束與否。
在狀態(tài)S3,讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字資料。
2.編碼轉(zhuǎn)換電路:
計算轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號與BCD 碼的對應(yīng)關(guān)系:對8 位的ADC0809 而言,它的輸出準(zhǔn)位共有28 =256 種,即它的分辨率是1/256,假設(shè)輸入信號為0~5V 電壓范圍,參考電壓(Vref/2)為2.56V 時,則它最小輸出電壓是5V/256=0.01953V,這代表ADC0809 所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值,我們在該實驗中取最小電壓準(zhǔn)位為0.02V。當(dāng)ADC0809 收到的信號是01110110(76H),則其對應(yīng)的電壓值為:76H×0.02V = 2.36V要實現(xiàn)電壓值與BCD 碼的對應(yīng)關(guān)系用多種方法(如查表法、比較法等)。查表法需要寫大量的數(shù)據(jù),比較麻煩,在示例程序中作者使用了比較法。
3.輸出7 段數(shù)碼管顯示電路:
該電路的功能是將轉(zhuǎn)換好的BCD 碼顯示在3 位數(shù)碼管上,在最高為的數(shù)碼管上要顯示小數(shù)點。這個電路在前面的實驗中多次用到,此處不再敘述。
四、實驗內(nèi)容:
用并行ADC0809 實現(xiàn)電壓表。NINTR,NRD,NCS,NWR,DIN[7..0]分別接并行ADC0809 模塊中的相應(yīng)接口。
SEL[1..0]和SEG[6..0]分別接7 段數(shù)碼管的掃描端SEL[1..0]和g~a,DP 接小數(shù)點輸入端DP,ADC0809 的時鐘輸入端接625KHz,建議CLKG 接8KHZ 左右時鐘,CLK 接高于16HZ 時鐘。
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VREF-接地;VREF+接+5V;A0,A1,A2 接撥碼開關(guān);A0,A1,A2 八種狀態(tài)分別對應(yīng)IN[0..7],手動DCTUNER 控制 DCOUT 輸出,DCOUT 接A0,A1,A2 八種狀態(tài)中的一種。
注:示例程序在文件夾EXAMPLE10 中,DYB.VHD 是示例程序的設(shè)計文件。
五、實驗報告:
作出本項實驗設(shè)計的完整電路圖,詳細(xì)說明ADC0809 的工作原理,以及數(shù)字電壓表的工作原理 。詳細(xì)說明7 段數(shù)碼管能穩(wěn)定顯示測量值的原因。
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