單片機(jī)和ADC0832的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、單片機(jī)和ADC0832的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換在工業(yè)控制和智能化儀表中，通常由微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)所加工的信息總是數(shù)字量，而被控制或被測(cè)量的有關(guān)參量往往是連續(xù)變化的模擬量，如溫度、速度、壓力等等，與此對(duì)應(yīng)的電信號(hào)是模擬信號(hào)。模擬量的存儲(chǔ)和處理比較困難，不適合作為遠(yuǎn)距離傳輸且易受干擾。在一般的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中傳感器把非電量的模擬信號(hào)變成與之對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，然后經(jīng)模擬（Analog）到數(shù)字（Digital）轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送微機(jī)處理。這就是一個(gè)完整的信號(hào)鏈，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換過程就是我們經(jīng)常接觸到的ADC（Analog to Digital Convert）電路。 模

2、-數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）簡介模-數(shù)轉(zhuǎn)換原理ADC的轉(zhuǎn)換原理根據(jù)ADC的電路形式有所不同。ADC電路通常由兩部分組成，它們是：采樣、保持電路和量化、編碼電路。其中量化、編碼電路是最核心的部件，任何ADC轉(zhuǎn)換電路都必須包含這種電路。ADC電路的形式很多，通?？梢圆閮深悾洪g接法：它是將采樣-保持的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成與模擬量成正比的時(shí)間或頻率，然后再把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種通常是采用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器，它又被稱為計(jì)數(shù)器式。它的工作特點(diǎn)是：工作速度低，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)。直接法：通過基準(zhǔn)電壓與采樣-保持信號(hào)進(jìn)行比較，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點(diǎn)是：工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個(gè)階段，即采

3、樣、保持、量化和編碼。采樣是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變成離散時(shí)間信號(hào)的過程。經(jīng)過采樣，時(shí)間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的模擬信號(hào)就變成了時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)，稱為采樣信號(hào)。采樣電路相當(dāng)于一個(gè)模擬開關(guān),模擬開關(guān)周期性地工作。理論上，每個(gè)周期內(nèi)，模擬開關(guān)的閉合時(shí)間趨近于0。在模擬開關(guān)閉合的時(shí)刻（采樣時(shí)刻），我們就“采”到模擬信號(hào)的一個(gè)“樣本”。量化是將連續(xù)數(shù)值信號(hào)變成離散數(shù)值信號(hào)的過程。理論上，經(jīng)過量化，我們就可以將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的采樣信號(hào)變成時(shí)間離散、數(shù)值離散的數(shù)字信號(hào)。我們知道，在電路中，數(shù)字量通常用二進(jìn)制代碼表示。因此，量化電路的后面有一個(gè)編碼電路，將數(shù)字信號(hào)的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。然而，量化和編碼總是需要

4、一定時(shí)間才能完成，所以，量化電路的前面還要有一個(gè)保持電路。保持是將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散信號(hào)的過程。在量化和編碼期間，保持電路相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，它將采樣時(shí)刻的信號(hào)電壓“保持”在量化器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個(gè)獨(dú)立的單元，但是，工程上保持器總是與采樣器做在一起。兩者合稱采樣保持器。八位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832簡介ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC083X是市面上常見的串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件系列。ADC0831、ADC0832、

5、ADC0834、ADC0838是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的8位串行I/O模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度較高（轉(zhuǎn)換時(shí)間32uS），單電源供電，功耗低（15mW），適用于各種便攜式智能儀表。本章以ADC0832為例，介紹其使用方法。ADC0832是8腳雙列直插式雙通道A/D轉(zhuǎn)換器，能分別對(duì)兩路模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通過DI 數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行通道選擇、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。8位的分辨率（最高分辨可達(dá)256級(jí)），可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，

6、轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S； 一般功耗僅為15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為-40C to +85C；圖3 ADC0832引腳圖芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。

7、 GND 芯片參考零電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）ADC0832的工作原理：正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在I/O口資源緊張時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此

8、時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。通道地址通道工作方式說明SGL/DIFODD/SIGN0100+-差分方式01-+10+單端輸入方式11+表1：通道地址設(shè)置表如表1所示，當(dāng)此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)兩位數(shù)

9、據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第三個(gè)脈沖的下降之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位Data7，隨后每一個(gè)脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)Data0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下降沿輸出Data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。時(shí)序說明請(qǐng)參照?qǐng)D4。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV，即（5/256）V。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。ADC0