單片機(jī)課件模數(shù)轉(zhuǎn)換器第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日A／D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)

模／數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換電路的種類很多，例如，計(jì)數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型等等。選擇A／D轉(zhuǎn)換器件主要是從速度、精度和價(jià)格上考慮。我們主要學(xué)習(xí)后二種典型A／D電路芯片與8051單片機(jī)的接口以及程序設(shè)計(jì)方法。逐次逼近法A／D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價(jià)格上都適中，是最常用的A／D轉(zhuǎn)換器件。雙積分A／D變換器，具有精度高、抗干擾性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度慢。近年來在微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。

第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器原理

逐次逼近法A／D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快、精度較高的A／D轉(zhuǎn)換器，它是通過最高位DN—1至最低位D0的逐次檢測來逼近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓。

第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一個(gè)N位的逐次逼近法A／D轉(zhuǎn)換器的原理圖如下所示：

第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日其轉(zhuǎn)換原理如下：

在啟動(dòng)信號(hào)控制下．置數(shù)控制邏輯電路置N位寄存器最高位DN-1為l，其余位清0，N位寄存器的內(nèi)容經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后得到整個(gè)量程—半的模擬電壓Vn，與輸入電壓Vx比較。若Vx＞Vn時(shí)，則保留DN-1=1，若Vx＜Vn時(shí),則DN-1清0。然后，控制邏輯使寄存器下一位DN-2置1,與上次的結(jié)果一起經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后與Vx比較，重復(fù)上述過程,直至判別出D0取1還是0為止，此時(shí)DONE發(fā)出信號(hào)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日這樣，經(jīng)過N次比較后，N位寄存器的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，經(jīng)輸出緩沖器讀出。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程就是這樣對分搜索比較逼近實(shí)現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)換速度由時(shí)鐘頻率決定，一般在幾微秒到上百微秒之間。例如ADC0809，當(dāng)時(shí)鐘頻率為640kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為64μs。

第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、雙積分A／D轉(zhuǎn)換器原理

雙積分A／D轉(zhuǎn)換器是基于間接測量原理，將被測電壓值Vx轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù)，由測量時(shí)間常數(shù)得到未知電壓值的，

第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日其原理見下圖所示：第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日所謂雙積分，就是進(jìn)行一次A／D轉(zhuǎn)換需要二次積分。①定時(shí)積分：控制門通過電子開關(guān)把被測電壓Vx加到積分器的輸入端，在固定時(shí)間T0內(nèi)對Vx積分，積分輸出終值與Vx成正比；②控制門將電子開關(guān)切換到極性與Vx相反的基準(zhǔn)電壓Vr上，進(jìn)行反相積分，由于基準(zhǔn)電壓Vr恒定，所以積分輸出將按T0期間積分的值以恒定的斜率下降(稱定值積分),由比較器檢測積分輸出過零時(shí)，停止積分器工作。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日反相積分的時(shí)間Tx與定值積分的初值(即定時(shí)積分的終值)成比例關(guān)系，故可以通過測量反相積分時(shí)間Tx計(jì)算出Vx，即：Vx=(Tx/T0)×Vr反相積分時(shí)間T1由計(jì)數(shù)器對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)得到。

第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日下圖表示出了兩種不同輸入電壓(Vx＞Vˊ)的積分情況：顯然Vˊ值小，在T0定時(shí)積分期間積分器輸出終值也就小，而下降斜率相同，故反相積分時(shí)間Tˊ也就小。

第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長。所以A／D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。

目前國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是應(yīng)用于數(shù)字測量儀器上。適用單片機(jī)接口的有3位半雙積分A／D轉(zhuǎn)換器MC14433(精度相當(dāng)于1l位二進(jìn)制數(shù))和4位半雙積分A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135(精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù))。

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1．分辨率(Resolution)對于ADC來說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。

轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。例如：具有12位分辨率的ADC能夠分辨出滿刻度的1／212或滿刻度的0.0245％一個(gè)10v滿刻度的12位ADC能夠分辨輸入電壓變化的最小值為2．4mv。

第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)

ADC的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間(包括穩(wěn)定時(shí)間)是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。

第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日3．線性度(Linearity)

線性度有時(shí)又稱為非線性度(Non-Linearity)，它是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。理想直線可以通過理想的轉(zhuǎn)移函數(shù)的所有點(diǎn)來描述。ADC的線性度如圖所示，其典型值是土1／2LSB。

第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日9.4MCS-51單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器接口

一、ADC0809A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是CMOS工藝、采用逼近法的8位A／D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳雙列直插式封裝，片內(nèi)除A／D轉(zhuǎn)換部分外還有多路模擬開關(guān)部分。

有8路模擬量輸入端，最多允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖

第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日引腳功能說明

IN0—IN7：8路輸入通道的模擬輸入端。DB0一DB7：8位數(shù)字量輸出端。START：啟動(dòng)信號(hào)。加上正脈沖后，A／D轉(zhuǎn)換開始進(jìn)行。ALE：地址鎖存信號(hào)，高電平時(shí)把三個(gè)地址信號(hào)送入地址鎖存器，并經(jīng)譯碼器得到地址輸出，以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道。ADDA、ADDB、ADDC：地址線

第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，是芯片的輸出信號(hào)。轉(zhuǎn)換開始后，EOC信號(hào)變低；轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)。EOC返回高電平。這個(gè)信號(hào)可以作為A／D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號(hào)來查詢。也可以直接用作中斷請求信號(hào)。OE：輸出允許控制端。CLK：時(shí)鐘信號(hào)，最高允許值為640kHz。Vref(+)、Vref(-)，：A／D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。Vcc：電源電壓。由于是CMOS芯片，允許的電源范圍較寬，可從十5——十15V。

第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日8位模擬開關(guān)的地址輸入通道的關(guān)系：

ADDCADDBADDA輸入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日ADC0809的時(shí)序圖:

第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日在ALE＝1期間，模擬開關(guān)的地址(ADDA，ADDB，ADDC)存入地址鎖存器；在ALE＝O時(shí)，地址鎖存。輸入啟動(dòng)信號(hào)START的上升沿復(fù)位ADC0809，它的下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換。EOC為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為“0”，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為“1”。OE為輸出允許控制端，在轉(zhuǎn)換完成后用來打開輸出三態(tài)門，以便從0809輸出這次轉(zhuǎn)換結(jié)果。

第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、ADC0809與8031接口

ADC0809與8031連接可采用查詢方式，也可采用中斷方式，圖為中斷方式連接電路圖。由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與803l接口。這里將ADC0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展并行I／O口，采用線選法尋址．由P2．7和WR聯(lián)合控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端(START)和ALE端，低三位地址線加到ADC0809的ADDA、B、C端，所以選中ADC0809的IN0通道的地址為7FF8H。

第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日中斷方式連接電路圖第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日送通道號(hào)地址到ADDA、B、C，由ALE信號(hào)鎖存通道號(hào)地址。讓START有效啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換．即執(zhí)行一條MOVX＠DPTR，A指令,產(chǎn)生WR信號(hào)，使ALE、START有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖。最后執(zhí)行MOVXA，＠DPTR產(chǎn)生RD信號(hào)使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)就讀入CPU的累加器A中。

啟動(dòng)ADC0809的工作過程:第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日軟件編程如下：

ORG 0013H AJMP SINT1;ADC: SETB IT1 ;設(shè)置外部中斷源1為邊沿觸發(fā) SETB EX1 ;允許INT1中斷 SETB EA ;開放總中斷 MOV DPTR,#7FF8H;選中0通道 MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)ADC0809 ┅┅┅┅ SJMP $ ;第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日中斷服務(wù)程序：SINT1: MOV DPTR,7FF8H ;讀一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVXA;@DPTR ; MOV 50H,A ;存入內(nèi)部RAM50H中

CLR EX1 ;關(guān)中斷 RETI ;中斷返回第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日MCS-51與8051的另外一種接口方式：

第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日采用查詢方