《AD转换器与单片机的接口技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AD转换器与单片机的接口技术（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 Copyright 2006 A D转换器与单片机的接口技术 从物理信号到电信号的转换 A D转换器的作用是将模拟的电信号转换成数字信号 在将 物理量转换成数字量之前 必须先将物理量转换成电模拟 量 这种转换是靠传感器完成的 传感器的种类繁多 如 温度传感器 压力传感器 光传感器 气敏传感器等 l 温度传感器 典型的温度传感器有热电偶和热敏电阻 热 电偶是利用热点效应来工作的 室温下的输出电压为毫伏 级的 热敏电阻是一种半导体新型感温元件 具有负的电 阻温度系数 当温度升高时 其电阻减小 l 湿度传感器 是利用湿度变化引起其电阻值或电容量变 化原理制成的 即将湿度变化转换成电量变化 Copy
2、right 2006 l 气敏传感器 半导体气敏传感器是利用半导体于某种气体接 触式电阻机功率函数变化这一效应来检测气体的成分或浓度 的传感器 l 压电式或压阻式传感器 某些电解质 石英晶体压电陶瓷 在沿一定的方向受外力的作用而变形时 内部会产生极 化的现象 同时在其表面产生电荷 而当外力撤销时又重新 回到不带电的状态 利用这些介质可以做成压电式传感器 固体受到作用力后 电阻率 或电阻 就要发生变化 这种 效应称压阻式效应 利用它可做成压阻式传感器 Copyright 2006 主要参数 分辨率 表示A D对模拟输入的分辨能力 由它确定能被A D辨别的最 小模拟量 通常也用二进制位来表示 量化
3、误差 是在A D转换中由于整量化所产生的固有误差 对于舍入 四舍五入 量化误差在1 2LSB之间 转换时间 是A D转换完成一次所需要的时间 绝对精度 是A D转换器输出端所产生的数字代码中 分别对应于实 际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差 相对误差 是满刻度校准以后 任意数字输出所对应的实际模拟输入 值 中间值 与理论值 中间值 之差 漏码 如果模拟输入连续增加 或减小 时 数字输出不是连续增加 或减小 而是越过某一个数字 即出现漏码 A D转换器的性能参数与术语 Copyright 2006 A D转换器的选取原则 A D转换器用于什么系统 输出数据的位数是多少 系统应 该达到
4、多高的精度和线性度 提供给A D转换器的输入信号范围多大 是单极性的还是双 极性的 信号的驱动能力怎样 是否要经过缓冲滤波和 采样 保持 对A D转换器输出的数字代码及逻辑电平的要求如何 是二 进制码还是BCD码 是串行还是并行 系统是在静态下工作还是在动态下工作 带宽多少 采样 速率为多少 参考电压是内部的还是外部的 是固定的还是变化的 A D转换器的工作环境如何 噪声 温度 振动等条件如何 电源电压 功耗 几何尺寸等其它因素 A D转换器的选取原则 Copyright 2006 分辨率为8位 精度为8位 转换时间 100微秒 8个模拟输入通道 有通道地址锁存 数据有三态输出能力 输入电压范
5、围为0 5v 零偏差和满量程误差均小于1 2LSB 不需要校准 单一 5v电源供电工作温度范围为 40 85 功耗为15mw ADC0809的原理框图和引脚说明 Copyright 2006 D0 D7 8位数字量输出引脚 IN0 IN7 8路模拟量输入引脚 Vcc 5V工作电源 GND 地 VREF 参考电压正端 VREF 参考电压负端 START A D转换启动信号输入端 ALE 地址锁存允许信号输入端 EOC 转换结束输出引脚 OE 输出允许控制端 CLK 转换时钟信号 500kHz左右 ADDA ADDB ADDC 地址输入线 VCC 11 VREF 12 D1 14 GND 13 I
6、N3 1 EOC 7 IN4 2 START 6 IN6 4 IN7 5 IN5 3 CLK 10 OE 9 D3 8 28 IN2 22 ALE 27 IN1 23 ADDC 25 ADDA 24 ADDB 26 IN0 19 D5 20 D6 21 D7 18 D4 17 D0 15 D2 16 VREF ADC 0809 Copyright 2006 ADC0809的通道选择 被选选通的通道ADDC ADDB ADDA被选选通的通道ADDC ADDB ADDA IN00 0 0IN41 0 0 IN10 0 1IN51 0 1 IN20 1 0IN61 1 0 IN30 1 1IN71
7、1 1 Copyright 2006 工作时序如图所示 转换由START为高电平来启动 START 和CLOCK可不同步 START的上升沿将SAR复位 真 正转换是从START的下降沿开始 在START的上升沿之后 的2微妙加8个时钟周期 EOC状态输出信号将变低 以指 示转换操作正在进行中 EOC保持低电平直至转换完成后 再变为高电平 当OUTPUT ENABLE 允许数据输出 被 置为高电平时 三态门打开 数据锁存器的内容输出到数据 总线上 ADC0809工作时序 Copyright 2006 ADC0809与单片机接口 通道地址 78H 7FH ADC0809与51单片机接口 Copy
8、right 2006 程序清单 ORG0030H START MOVR0 40H 采样数据存放首址 MOVR1 78H IN0通道地址 MOVR2 08H 模拟量通道数 CLREX0 禁止中断 LOOP MOVX R1 A 启动A D转换 MOVR3 20H 延时一会儿 约40us DELY DJNZR3 DELY 等待EOC信号变低 SETBP3 2 设置P3 2为输入模式 POLL JBP3 2 POLL 查询转换是否结束 MOVX A R1 读取转换结果 MOV R0 A 存放结果 INCR0 INCR1 DJNZ R2 LOOP 8通道未完 则采集下一 通道 HERE SJMPHERE
9、 END 程序控制查询方式 查询方式 Copyright 2006 中断方式 主程序 程序清单 ORG0000H START AJMPMAIN ORG0003H AJMPEXINT0 ORG 0050h MAIN MOV PSW 00H 设置第0工作区 MOVR0 40H 采样数据存放首址 MOVR1 78H IN0通道地址 MOVR2 08H 模拟量通道数 MOVX R1 A 启动A D转换 SETBIT0 外部中断0为边沿触发方式 SETBEX0 允许外部中断0中断 SETBEA 开放CPU中断 HERE SJMP HERE 中断方式 主程序 Copyright 2006 EXINT0 P
10、USH PSW 保护现场 CLRRS0 CLRRS1 设置当前工作区为0区 MOVX A R1 读取转换结果 MOV R0 A 存放结果 INCR0 修改存储区地址指针 INCR1 通道号加1 DJNZR2 NEXT 8通道未完 则采集下一通道 CLREX0 采集完毕 则停止中断 SJMPDONE NEXT MOVX R1 A 启动下一通道A D转换 DONE POPPSW RETI 中断返回 END 中断方式 中断服务程序 Copyright 2006 ADC574A是一种价格低廉 应用较广的12位逐次逼近式模 数转换器芯片 可以直接与8位 12位 16位总线的处理器相连 主要的参数 ADC
11、574A 性能参数 ADC574AJADC574AK ADC574AL 分辨率 位12 转换时间 微妙25 线形误差 保证无漏码的最低分辨率1112 工作温度范围 0 70 温度系数 1 单极性偏移10 10 65 10 6 温度系数 1 双极性偏移10 10 65 10 6 增益50 10 627 10 610 10 6 输入电压 V 单极性 0 10V 或0 20V 输入电压 V 双极性 5 5V 或 10 10V 功耗 mw 390 典型 725 最大 Copyright 2006 引脚特性 D0 D11 12位数字量输出 CE 片选信号 高电平有效 CS 片选信号 低电平有效 R C
12、数据读 启动信号 R C 1时 读取转换结果 R C 0时 启动A D转换 12 8 输出数据长度选择信号 A0 字节选择信号 在 0状态下 A0 0启动12位A D转换 A0 1 动8位A D转换 在 1且 0状态下 A0 0读高8位数据 A0 1读低4位数据 STS AD574A的工作状态信号 STS 1表示正处于转换状态 STS 0表示转换完毕 VEE 11 BIPOFF 12 20VIN 14 10VIN 13 VL 1 VCC 7 12 8 2 CE 6 A0 4 R C 5 CS 3 REFIN 10 AGND 9 REFOUT 8 28 STS 22 D6 27 D11 23 D
13、7 25 D9 24 D8 26 D10 19 D3 20 D4 21 D5 18 D2 17 D1 16 D0 AD 574A 15 DGND ADC574A引脚特性 Copyright 2006 10VIN 10V模拟电压输入 单极性时为0 10V 双极性时为 5V 5V 20VIN 20V模拟电压输入 单极性时为0 20V 双极性时为 10V 10V REFIN 参考输入 用于满量程调节 REFOUT 内部10V参考电压输出 BIPOFF 偏置输入 用于零点调节 VCC VEE VL 15V 15V 5V供电电源 AGND 模拟地 DGND 数字地 CECSR C12 8A0工作状态 0
14、 禁止 1 禁止 100 0启动12位转换 100 1启动8位转换 1011 12位数据输出 10100高8位数据输出 10101低4位数据输出 ADC574A引脚特性 ADC574工 作时序表 Copyright 2006 AD574A的工作时序 AD574A的工作时序 CE CS R C A0 STS D11 D0 CE CS R C A0 STS D11 D0 高阻 数据 a 启动和 转换 b 读取 数据 Copyright 2006 单极性和双极性电路 a 单极性电路 b 双极性电路 0 10V 0 20V 5V 5V 10V 10V W1 W2 W1 W2 ADC574的两种应用形式
15、 Copyright 2006 启动A D地址 00H 读高8位地址 01H 读低4位地址 03H AD574A与MCS 51系列单片机接口 Copyright 2006 对模拟量电压采集一次 将结果放在单片机内部的30H 和31H单元的参考程序如下 ORG 0030H MOV R0 00H A7 A1 A0为低电平 MOV R1 30H 结果单元地址 MOVX R0 A 启动A D转换 TEST JBP3 2 TEST 查询转换是否完成 MOV R0 01H A7和A1 0 A0 1 MOVXA R0 读转换结果高8位 MOV R1 A 存入30H单元 MOV R0 03H A7 0 A1和
16、A0 1 数据采集程序 Copyright 2006 MOVXA R0 读转换结果低4位 XCHDA R1 把结果的D7 D4位移至低4位 SWAPA 调整 拼装成低8位 INCR1 MOV R1 A 存放低8位 DECR1 MOV A R1 SWAPA 结果的D11 D8位移至字节低4位 MOV R1 A 存放高4位 HERE SJMP HERE END Copyright 2006 ADC和MCU接口应注意的几个问题 A D芯片的数字输出问题 转换结果数据应由A D芯片锁存 数据输出最好具 有三态能力 A D芯片和CPU的时序配合问题 1 固定延时等待法 2 保持等待法 3 中断响应法 4 查询法 5 双缓冲法 A D分辨率超过MCU数据总线宽度时的接口 不能只用一条指令 而要用两条输入指令才能把 A D转换的整个数字结构传送给微处理器 Copyright 2006 ADC TLC2543芯片 TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器 使用开关电容逐 次逼近技术完成A D转换过程 由于是串行输入结构 能 够节省51系列单片机I O资源 且价格适中 分辨率较高 因此在仪器仪表中
