《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課件第5章

項(xiàng)目5簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)5.1項(xiàng)目要求

5.2理論知識

5.3項(xiàng)目分析及實(shí)施

5.4項(xiàng)目拓展

5.5項(xiàng)目總結(jié)習(xí)題

5.1項(xiàng)目要求

本項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表，旨在介紹A/D轉(zhuǎn)換在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。項(xiàng)目要求以STC89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)簡易數(shù)字電壓表，要求對0～5V的電壓可以測量，電壓顯示采用液晶LCD1602顯示，精度保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

項(xiàng)目重難點(diǎn)：

(1)A/D轉(zhuǎn)換原理；

(2)單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器接口電路設(shè)計(jì)；

(3)單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計(jì)。技能培養(yǎng)：

(1)熟練掌握單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口電路設(shè)計(jì)方法；

(2)熟練掌握A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)方法；

(3)能夠分析和解決A/D轉(zhuǎn)換中遇到的問題。

5.2理論知識

5.2.1

A/D轉(zhuǎn)換原理

A/D轉(zhuǎn)換(Analog-to-DigitalConvert)就是把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電路集成封裝起來就稱為A/D轉(zhuǎn)換器(Analog-to-DigitalConvert)。需要轉(zhuǎn)換的模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等，位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換精度越高。如圖5-1所示，輸出數(shù)字量D正比于輸入模擬量uI。圖5-1

AD轉(zhuǎn)換框圖由于模擬量在時(shí)間和(或)數(shù)值上是連續(xù)的，而數(shù)字量在時(shí)間和數(shù)值上都是離散的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)要在時(shí)間上對模擬信號離散化(采樣)，還要在數(shù)值上離散化(量化)，所以A/D轉(zhuǎn)換一般有三個(gè)步驟：采樣保持→量化→編碼。

采樣是指用每隔一定時(shí)間的信號樣值序列來代替原來在時(shí)間上連續(xù)的信號，也就是在時(shí)間上將模擬信號離散化。如圖5-2所示，通過一個(gè)周期脈沖信號序列對模擬信號進(jìn)行采樣。模擬信號的大小隨時(shí)間不斷變化，保持就是保持采樣信號不變，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。圖5-2采樣過程量化是用有限個(gè)幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示。

在A/D轉(zhuǎn)換器中，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其數(shù)字信號最低位LSB=1所對應(yīng)的模擬電壓的大小稱為量化單位S，S=(輸入最大模擬電壓值/輸出最大數(shù)字量)，輸入最大模擬電壓值一般取參考電壓。假設(shè)需要把0V～+5V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成三位二進(jìn)制代碼，我們知道三位二進(jìn)制代碼可以表示八種狀態(tài)，也就是把0V～+5V分成八等分，稱為量化級，那么量化單位就是0.625V，如圖5-3所示。將采樣點(diǎn)的模擬電壓值轉(zhuǎn)化為量化單位的整數(shù)倍，就可以得到這個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)字量，也就是編碼。但是一般被轉(zhuǎn)換的模擬電壓不可能正好是量化單位的整數(shù)倍，這個(gè)因素引起的誤差稱為量化誤差。圖5-3量化和編碼減少量化誤差的方法可以通過增加二進(jìn)制代碼位數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)，如果把0V～+5V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成八位二進(jìn)制代碼，那么量化級就是28，也就是把0V～+5V分成了256份，當(dāng)電壓每變化(5/256)V≈19.53mV時(shí)，就會(huì)用一個(gè)八位的二進(jìn)制代碼表示。當(dāng)然減少量化誤差的方法不止這一種，讀者可以自行研究。

A/D轉(zhuǎn)換的基本電路原理主要有積分型、逐次逼近型、并行比較型等，詳細(xì)分類如表5-1所示。表5-1

A/D轉(zhuǎn)換器分類

1.積分型A/D轉(zhuǎn)換器

積分型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。早期的A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，比如TLC7135、MC14433、ICL7106、AD7555等芯片。

采用積分法原理的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成，如圖5-4所示。圖5-4積分型A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)其轉(zhuǎn)換過程分為兩個(gè)階段：

第一階段——定時(shí)積分。

首先將開關(guān)接通道待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi一側(cè)，Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始對Vi進(jìn)行固定時(shí)間T1的正向積分，時(shí)間T1到后，積分器輸出電壓為：

可見積分器的輸出V01與Vi成正比。這一過程稱為轉(zhuǎn)換電路對輸入模擬電壓的采樣過程。在采樣開始時(shí)，邏輯控制電路將計(jì)數(shù)門打開，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到滿量程N(yùn)時(shí)，計(jì)數(shù)器由全“1”復(fù)“0”，這個(gè)時(shí)間就是固定的積分時(shí)間T1。計(jì)數(shù)器復(fù)“0”時(shí)，同時(shí)給出一個(gè)溢出脈沖(即進(jìn)位脈沖)使控制邏輯電路發(fā)出信號，令開關(guān)K轉(zhuǎn)換至參考電壓VREF一側(cè)，采樣階段結(jié)束。(5-1)第二階段——定值積分。

采樣階段結(jié)束后，積分器對與Vi極性相反的參考電壓VREF進(jìn)行積分，計(jì)數(shù)器由0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)積分器輸出電壓變?yōu)榱銜r(shí)，檢零比較器輸出信號給計(jì)數(shù)器，關(guān)閉計(jì)數(shù)器，此時(shí)經(jīng)過了T2時(shí)間。積分器的輸出電壓為：

將式(5-1)帶入式(5-2)，得：(5-2)即

由于VREF和T1均為固定值，則輸入模擬電壓正比于T2。若計(jì)數(shù)器的脈沖周期為TS，T1=N1TS，T2=N2TS，那么式(5-3)改寫為：

T1為固定值，則N1也為固定值，此時(shí)N2即為輸入模擬量Vi對應(yīng)的數(shù)字值。(5-4)(5-3)可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)換過程經(jīng)歷了兩次積分，所以積分型A/D轉(zhuǎn)換器也稱為雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，它是一種間接性轉(zhuǎn)換器，將待轉(zhuǎn)換的模擬量先轉(zhuǎn)換成與它成正比的時(shí)間寬度，然后在這個(gè)時(shí)間寬度內(nèi)對固定頻率的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的結(jié)果就是這個(gè)模擬量的數(shù)字值。積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖如圖5-5所示，當(dāng)輸入模擬電壓Vi越大時(shí)，VO1越大，由于第一階段是定時(shí)積分，所以積分器輸出最大電壓Vom隨著Vi的大小沿垂直虛線上下移動(dòng)。圖5-5積分型A/D轉(zhuǎn)換器工作波形圖

2.逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0804/0808/0809系列、AD575、AD574等，其轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物體質(zhì)量的過程相似。比如用天平秤一個(gè)149g的物體，天枰的砝碼有128g、64g、32g、16g、8g、4g、2g、1g。首先將128g的砝碼放在托盤上，由于149g>128g，所以砝碼保留，相當(dāng)于最高位數(shù)碼D7記為1；再在托盤上加上64g砝碼，此時(shí)149g<(128+64)g，64g砝碼舍棄，相當(dāng)于D6記為0；然后再放上32g砝碼，149g<(128+32)g，32g砝碼舍棄，D5記為0；按照這樣的方法，直到砝碼的總質(zhì)量無限逼近或等于物體質(zhì)量，依照放置砝碼的次序，從高到低，保留的砝碼記為“1”，舍棄的記為“0”，就可以得到物體的數(shù)字量。對于149g的物體，最后留下的砝碼是128g、16g、4g、1g，所以數(shù)字量為10010101，在放砝碼時(shí)，要從大到小，逐個(gè)去試，慢慢逼近物體質(zhì)量。

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器包括電壓比較器、DA轉(zhuǎn)換器、控制電路、逐次逼近寄存器SAR和緩沖寄存器等。其原理框圖如圖5-6所示，轉(zhuǎn)換過程為：

(1)首先發(fā)出“啟動(dòng)信號”信號S，當(dāng)S由高變低時(shí)，“逐次逼近寄存器SAR”清0，DAC輸出Vo=0，“比較器”輸出1。當(dāng)S變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，“控制電路”使SAR開始工作。圖5-6逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖

(2)SAR首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的一半，即10000000B，試探模擬量的Vi大小，若Vo>Vi，“控制電路”清除最高位，若Vo<Vi，保留最高位。

(3)在最高位確定后，SAR又以對分搜索法確定次高位，即以低7位的一半y1000000B(y為已確定位)試探模擬量Vi的大小。在bit6確定后，SAR以對分搜索法確定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y為已確定位)試探模擬量Vi的大小。重復(fù)這一過程，直到最低位bit0被確定。

(4)在最低位bit0確定后，轉(zhuǎn)換結(jié)束，“控制電路”發(fā)出“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號EOC。該信號的下降沿把SAR的輸出鎖存在“緩沖寄存器”里，從而得到數(shù)字量輸出。5.2.2

A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)

1.分辨率

分辨率是A/D轉(zhuǎn)換器對輸入量變化敏感程度的描述，與輸出數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。使輸出數(shù)字量最低有效位(LSB)變化一個(gè)字所需輸入模擬電壓的變化量就是分辨率，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。對于線性A/D轉(zhuǎn)換器來說，其分辨率(Δ)與輸出數(shù)字量輸出的位數(shù)n呈現(xiàn)下列關(guān)系：

2.轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級，屬低速AD轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是微秒級，屬中速A/D轉(zhuǎn)換器。

3.誤差(有絕對誤差和相對誤差兩種)

絕對誤差等于實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果與理論轉(zhuǎn)換結(jié)果之差。也可以用數(shù)字量的最小有效位(LSB)的分?jǐn)?shù)值表示。

相對誤差是指數(shù)字量所對應(yīng)的模擬輸入量的實(shí)際值與理論值之差，用模擬電壓滿量程的百分比表示。

4.量程

量程指被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬信號通常有以下幾種電壓范圍，分單極性、雙極性兩種類型。

單極性常見量程為0～5V，0～10V，0～20V；雙極性量程常為－2.5V～＋2.5V，－5V～＋5V，－10V～+10V。

5.線性度

線性度有時(shí)又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。 5.3項(xiàng)目分析及實(shí)施

1.任務(wù)要求和分析

1)任務(wù)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)可以對0～5V模擬電壓信號進(jìn)行測量并通過數(shù)字顯示的電壓表，電壓顯示格式為：“Voltage：*.**V”。

2)任務(wù)分析

硬件電路設(shè)計(jì)方面，核心是如何將模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量？我們知道單片機(jī)只能接收數(shù)字信號，對于模擬量是沒有辦法處理的。所以我們必須采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī)，單片機(jī)對這些數(shù)字量進(jìn)行處理之后，送去給顯示器件顯示。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，必須通過A/D轉(zhuǎn)換芯片。目前有些單片機(jī)將部分外圍器件集成到內(nèi)部，降低了硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。比如STC12CXXXXAD系列，帶有8位片上A/D轉(zhuǎn)換，STC12C5XXXAD系列，帶有10位A/D轉(zhuǎn)換。Cygnal公司的C8051FXXX系列也帶有片上A/D轉(zhuǎn)換。由于這里我們使用的STC89C51單片機(jī)，它沒有片上A/D轉(zhuǎn)換，所以需要外接A/D轉(zhuǎn)換芯片。

軟件程序設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)是單片機(jī)如何控制A/D轉(zhuǎn)換芯片，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行顯示。

2.器件及設(shè)備選擇

在A/D芯片的選擇上需要考慮的問題有：

(1)A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的系統(tǒng)、輸出數(shù)據(jù)的位數(shù)(分辨率)、系統(tǒng)要達(dá)到的精度和線性。

(2)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號范圍、極性、信號的驅(qū)動(dòng)能力。

(3)對轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼及其邏輯電平的要求。是否需要帶輸出鎖存或三態(tài)門？是否通過計(jì)算機(jī)接口電路？是用外部時(shí)鐘、內(nèi)部時(shí)鐘還是不用時(shí)鐘？輸出代碼需要二進(jìn)制碼，還是BCD碼？是串行，還是并行？

(4)系統(tǒng)是在靜態(tài)條件下還是在動(dòng)態(tài)條件下工作？帶寬要求如何？要求的轉(zhuǎn)換時(shí)間為多少？采樣速率為多少？是高速應(yīng)用還是低速應(yīng)用？

(5)要求參考電壓是內(nèi)部的還是外加的？是固定的還是可調(diào)(或可變)的？

這里我們對A/D轉(zhuǎn)換的分辨率沒有特別要求，輸入模擬信號的范圍為0～5V，由于需要與單片機(jī)接口，所以最好是帶有輸出鎖存，并且輸出并行二進(jìn)制碼，我們設(shè)計(jì)的電壓表只對一路模擬信號進(jìn)行采樣，基于以上幾點(diǎn)我們選擇ADC0804芯片。

由于需要顯示的內(nèi)容包含字符信息，所以選用LCD1602液晶屏作為顯示器件。

ADC0804是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的采用CMOS集成工藝制成的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。主要特性有：

·工作電壓：＋5V，即VCC＝＋5V；

·模擬輸入電壓范圍：0～＋5V，即0V≤Vin≤＋5V；

·分辨率：8位，即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0～255之間；

·轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μs(fCK＝640kHz時(shí))；

·轉(zhuǎn)換誤差：±1LSB；

·參考電壓：2.5V，即VREF＝2.5V；

·內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器；

·允許差分電壓輸入；

·輸出電平兼容TTl電平和COMS電平；

·芯片內(nèi)具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，可以直接與數(shù)據(jù)線相連。雙列直插式ADC0804芯片的引腳如圖5-7所示。圖5-7

ADC0804引腳圖

3.任務(wù)實(shí)施

1)數(shù)字電壓表硬件電路設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮ADC0804與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)、顯示器件LCD1602的接口設(shè)計(jì)，以及ADC0804模擬輸入信號的來源。在一般嵌入式系統(tǒng)中，這個(gè)模擬信號是傳感器將外界溫度、聲音等信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過模擬電路處理之后送給A/D轉(zhuǎn)換芯片的。我們這里通過電位器調(diào)節(jié)輸入到ADC0804芯片的電壓值(ADC0804芯片的參考電壓調(diào)節(jié)成0V～5V，而電位器產(chǎn)生的電壓范圍也為0V～5V，因此沒有必要設(shè)計(jì)額外的模擬電路)，然后通過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理得到這個(gè)輸入電壓值，最后再由LCD1602顯示出來。電壓表硬件框圖如圖5-8所示。圖5-8電壓表硬件框圖在具體的硬件電路設(shè)計(jì)上，由于ADC0804自身帶有三態(tài)輸出鎖存器，所以可以直接與單片機(jī)相接。LCD1602與單片機(jī)的接口在項(xiàng)目2中也有介紹。數(shù)字電壓表具體硬件原理圖如圖5-9所示。圖5-9數(shù)字電壓表硬件原理圖

2)數(shù)字電壓表軟件程序設(shè)計(jì)

對于數(shù)字電壓表的軟件程序，我們這里的核心是單片機(jī)如何控制ADC0804實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，要對ADC0804編程控制，首先需要了解ADC0804的工作時(shí)序。

ADC0804的工作分為兩個(gè)過程：

(1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖5-10所示。圖5-10啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序

(2)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)序。讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)序如圖5-11所示。圖5-11讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)序本任務(wù)的主控制流程圖如圖5-12所示。

本任務(wù)的軟件程序主要有四個(gè)模塊：主調(diào)函數(shù)main()模塊；ADC0804轉(zhuǎn)換模塊adc0804()；轉(zhuǎn)換結(jié)果處理模塊AD_IntToStr()；液晶顯示模塊。液晶顯示模塊在項(xiàng)目2的音樂盒設(shè)計(jì)中已經(jīng)有寫好，可以直接在本任務(wù)中使用。圖5-12主控制流程圖具體軟件程序如下：程序分析：

(1)本程序adc0804()函數(shù)中，用到了_nop_()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是C51的一個(gè)庫函數(shù)，包含在“intrins.h頭文件中。_nop_()函數(shù)的作用是延時(shí)一個(gè)機(jī)器周期。我們采用的晶振頻率為11.0592MHz，一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間約為1.085μs。

(2)AD_IntToStr()函數(shù)的主要功能是將轉(zhuǎn)換結(jié)果先計(jì)算成與之對應(yīng)的模擬電壓值，再轉(zhuǎn)成字符串，方便液晶顯示。在函數(shù)adc0804()中從P1讀回來的轉(zhuǎn)換結(jié)果是模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后的值，比如若輸入模擬電壓為2.5V，則得到的數(shù)字量就是127，如果將這個(gè)結(jié)果直接送去顯示，則不能直觀的看到輸入的模擬電壓值。故需要將這個(gè)數(shù)字量換算成對應(yīng)的模擬量。

語句“ad_result=(ad_result*5.0*100)/256”就是數(shù)字量換算成模擬量，數(shù)字量與模擬量之間的關(guān)系是：

(3)

ad_str［0］=ad_result/100+′0′；

ad_str［1］=(ad_result%100)/10+′0′；

ad_str［2］=ad_result%10+′0′。

這三句的作用是將換算成模擬量的個(gè)、十、百位取出來，后面加字符‘0’是為了轉(zhuǎn)換成字符。

(4)ad_str［3］=ad_str［2］；

ad_str［2］=ad_str［1］；

ad_str［1］=′.′；

這三句是將數(shù)組的第一個(gè)、第二個(gè)元素依次后移，為小數(shù)點(diǎn)留出位置，這里相當(dāng)于除以100。

(5)strcpy(volt_str,"Voltage:")；//將需要顯示的提示信息復(fù)制到數(shù)組volt_str［］中

strcat(volt_str,ad_str)；//將轉(zhuǎn)換的電壓值連接到提示信息之后

strcpy()、strcat()函數(shù)分別是字符串拷貝函數(shù)和字符串連接函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)是C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，包含在頭文件“string.h”中。

strcat()函數(shù)的格式為：

strcat(字符數(shù)組1，字符數(shù)組2)

功能：把字符數(shù)組2連到字符數(shù)組1后面

返值：返回字符數(shù)組1的首地址說明：①字符數(shù)組1必須足夠大；②連接前，兩串均以‘0’結(jié)束，連接后，串1的‘0’取消，新串最后加‘0’。

strcpy()函數(shù)的格式為：

strcpy(字符數(shù)組1，字符串2)

功能：將字符串2拷貝到字符數(shù)組1中去

返值：返回字符數(shù)組1的首地址

說明：①字符數(shù)組1必須足夠大；②拷貝時(shí)‘0’一同拷貝；③不能使用賦值語句為一個(gè)字符數(shù)組賦值。

3)軟硬件聯(lián)合調(diào)試

當(dāng)寫好的軟件程序下載到單片機(jī)中之后，調(diào)節(jié)電位器，使輸入模擬電壓發(fā)生變化，顯示屏上顯示的電壓值也會(huì)跟隨變化?？梢允褂萌f用表測試輸入的模擬電壓值，然后與顯示電壓值進(jìn)行比較，如果誤差很大，說明轉(zhuǎn)換結(jié)果錯(cuò)誤，需要從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序編寫兩方面查找原因。

5.4項(xiàng)目拓展

5.4.1常見A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809

1.ADC0809的主要特性

(1)8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；

(2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；

(3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs(時(shí)鐘為500kHz時(shí))；

(4)單個(gè)+5V電源供電；

(5)模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；

(6)工作溫度范圍為(－40～+85)℃；

(7)低功耗，約15mW。

2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-13所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。引腳圖如圖5-14所示。圖5-13

ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5-14

ADC0809引腳圖

ADDA為低位地址，ADDC為高位地址，用于對模擬量輸入通道進(jìn)行選擇，其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表5-2所示。表5-2

ADC0809通道選擇表

3.ADC0809時(shí)序及工作過程

ADC0809的工作時(shí)序如圖5-15所示。對應(yīng)的控制過程是：

(1)首先確定ADDA、ADDB、ADDC三位地址，決定選擇哪一路模擬信號；

(2)使ALE端接受一正脈沖信號，使該路模擬信號經(jīng)選擇開關(guān)到達(dá)比較器的輸入端；

(3)使START端接受一正脈沖信號，START的上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；

(4)EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。

(5)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時(shí)，數(shù)據(jù)已保存到8位三態(tài)輸出鎖存器中。此時(shí)CPU就可以通過使OE信號為高電平，打開ADC0809三態(tài)輸出，由ADC0809輸出的數(shù)字量傳送到CPU。圖5-15

ADC0809時(shí)序圖

4.ADC0809與單片機(jī)接口電路

ADC0809與單片機(jī)的接口方式?jīng)Q定了CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式，主要有三種方式：

(1)查詢方式：把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC作為狀態(tài)信號送到CPU的數(shù)據(jù)總線的某一位上。CPU啟動(dòng)ADC0809開始轉(zhuǎn)換后，就不斷地查詢這個(gè)狀態(tài)位，當(dāng)EOC有效時(shí)，便讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。其接口如圖5-16所示。圖5-16查詢方式ADC0809與單片機(jī)口電路

(2)延時(shí)方式：在這種方式下，不使用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC。CPU啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，延時(shí)一段時(shí)間(略大于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間)，此時(shí)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。這種方式，通常采用軟件延時(shí)的方法(也可以采用硬件延時(shí)電路)，無須硬件連線，但要占用主機(jī)大量時(shí)間，多用于主機(jī)處理任務(wù)較少的系統(tǒng)中。

(3)中斷方式：把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC作為中斷請求信號接到CPU的中斷請求線上。ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束，向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷請求后，在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。這種方式ADC0809與CPU并行工作，適用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)和參數(shù)較多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。中斷方式下ADC0809與單片機(jī)的接口電路如圖5-17所示。圖5-17中斷方式ADC0809與單片機(jī)接口電路5.4.2串行A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543

1.主要特性

(1)12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；

(2)在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間；

(3)11個(gè)模擬輸入通道；

(4)3路內(nèi)置自測試方式；

(5)采樣率為66kb/s；

(6)線性誤差±1LSBmax；

(7)有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；

(8)具有單、雙極性輸出；

(9)可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；

(10)可編程輸出數(shù)據(jù)長度。

2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

TLC2543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-18所示，它由11路模擬開關(guān)、采樣保持電路、輸入地址寄存器、12位開關(guān)電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出寄存器、控制邏輯和I/O計(jì)數(shù)器、12位并串轉(zhuǎn)換器組成。雙列直插封裝的引腳圖如圖5-19所示。圖5-18

TLC2543內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5-19

TLC2543引腳圖

3.TLC2543的控制字

TLC2543為串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，對于輸入通道的選擇由“DATAINPUT”引腳送入控制字來完成，其控制字格式如表5-3所示。表5-3

TLC2543控制字

4.TLC2543時(shí)序及工作過程

TLC2543的工作時(shí)序跟輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)與是否使用CS有關(guān)。使用CS，數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)寬度為12位，MSB做前導(dǎo)的時(shí)序圖如圖5-20所示。圖5-20