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)限制和智能化儀表中,通常由微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)限制及實(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,而被限制或被測量的有關(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)和處理比擬困難,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

2、路.模-數(shù)轉(zhuǎn)換ADC簡介模-數(shù)轉(zhuǎn)換原理ADC勺轉(zhuǎn)換原理根據(jù) ADC勺電路形式有所不同.ADC電路通常由兩局部組成,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,通常可以并為兩類：間接法：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,抗干擾水平強(qiáng).直接法：通過基準(zhǔn)電壓與采樣 -保持信號(hào)進(jìn)行比擬,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.模一數(shù)轉(zhuǎn)換的過

3、程有四個(gè)階段,即采樣、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

4、化和編碼總是需要一定時(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ADC0832W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)歡送,其目前已經(jīng)有很高的普及率.ADC083艱市面上常見的串行模一數(shù)轉(zhuǎn)換器件系列.ADC0831 A

5、DC0832ADC0834 ADC0838是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的 8位串行I/O模一數(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.ADC083猊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 一數(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

6、數(shù)據(jù)誤差,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限制變的更加方便.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/CMOSK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32 S;-一般功耗僅為15mW-8P、14P DIP 雙列直插、PICC多種封裝；-商用級(jí)芯片溫寬為 0° C to +70 ° C,工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 -40° C to +85 ° C;oCS 1a*"3 口一27一 CLKcm36TOGN.一45Tl圖3 ADC0832引

7、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.-GND芯片參考零電位地.-DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入,選擇通道限制.-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

8、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.此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作,同時(shí)由 處理器向芯片時(shí)鐘CL吟輸入端輸入時(shí)鐘脈沖,DO/DI端那么使用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01明工作方式說SGL/DIODD/SIFGN00+-差分方式01-+10+單端輸入方11+式表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“ T、“1時(shí)

9、,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)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端那么開始利用數(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) Data.,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 Data

10、0.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0 5V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),從而提升轉(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+的電壓那么轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H.ADC0832的工作時(shí)序-ilk /*» I 9 I Id F 該 t| M 冊(cè) It 例 if »_LrLnrLrLnrLrLn_nJiJLrLrLrLnRnrLrLrLrLrL-"j I*-taw*Nri nw rrklAMHl MilWAIT mtil * b i i iv t V i i « I a riMBiiin圖4 ADC0832工作時(shí)序ADC083做 硬件設(shè)計(jì)實(shí)例通過以上的理論學(xué)習(xí)之后,對(duì)模一數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)該有了一定的了解,接下來就根據(jù)上文的指導(dǎo),對(duì)ADC0832®行實(shí)際應(yīng)用,以加深印象.本實(shí)例功能是將通道 1上采樣到的 電壓顯示在LED數(shù)碼管上,通過改變通道 1的輸入電壓變化,觀