模拟信号输入通道

A/D转换器及接口技术
学习目标：
ADC0809与单片机之间的硬件连接及 软件编程
A/D 转换器接口
A/D转换器是实现模拟量向数字量转换的器件，按转 换原理可分为四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转 换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。 目前最常用的A/D转换器是双积分式A/D转换器和逐次 逼近式A/D转换器。前者的主要优点是转换精度高，抗 干扰性能好，价格便宜，但转换速度较慢，一般用于速 度要求不高的场合。后者是一种速度较快、精度较高的 转换器，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。
• ADC0809数据的读取 • 根据ADC0809的时序，可以确定 ADC0809的操作步骤如下：
1、初始化时，使START和OE信号全为低电平。 2、将要转换的通道地址送到A、B、C端口上，在 ALE上加上锁存脉冲。 3、在START端给出一个至少有100ns宽的正脉冲 信号。 4、是否转换完毕根据EOC信号来判断。如果EOC 为低电平，表示还在转换过程中；如果EOC变为 高电平，表示转换完毕。 5、使OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 当数据传送完毕后，将OE置为低电平，使 ADC0809输出高阻态，让出数据线。
ADC0809与单片机的接口
查询方式
ALE G D7 : : D0 OE Q7 : : Q0 + + 1
CK D Q Q
CLK
P0
80C31
EA WR P2.7 RD P3.3
74LS373
ADC 0809
C B A D0～D7
IN7
START ALE OE EOC
IN0
查询，为0时完成；中断，下降沿完成
A/D 转换器接口
单片机与A/D转换器接口程序设计，主要有 以下四个步骤： 启动A/D转换，START引脚得到下降沿。 查询EOC引脚状态，EOC引脚由0变1，表示
. . .
A/D转换过程结束。
. . .
. . .
. . .
. . .
允许读数，将OE引脚设置为1状态。
读取A/D转换结果。
课题目标 • 利用单片机和A/D转换器组成的 系统，测量0~5V的模拟电压，并 在数码管上显示出来。
总体分析 • 主程序main()
• • • •
软件设计
定时器初始化 中断初始化 ADC0809初始化 循环显示
• • • • •
动态显示函数display() ADC0809操作函数ADC0809() 数据转换函数covert() 定时器T0中断读取数据函数time0() 定时器T1中断产生时钟脉冲函数time1()
8.2 Ａ/Ｄ转换器及其与单片机接口
VIN大，本位D7置1，下位置1 Ａ／Ｄ转换器的原理及主要技术指标
VIN小，本位D7置0，下位置1 一、逐次逼近式ADC的转换原理 如此类推。。。。 8位比较完，输出结果
VIN VN D/A转换器 VREF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
START
关键问题分析
• ADC0809时钟脉冲的产生 ADC0809时钟频率范围：10～1280KHz， 典型运用为640KHz。 • 产生时钟脉冲的方法：
1、对单片机ALE引脚输出的信号进行二分频后得到。 2、采用单片机定时器来完成。
• 若单片机采用12MHz的晶振，选用定时器 T1实现时钟脉冲的产生，如何编写初始化程 序、定时器1的中断服务程序。
sbit CLK=P2^7; void main() { TMOD=0X21; //T1为方式2 TH1=256-2; //T1设置为2μs ET1=1; //设置中断允许 EA=1; TR1=1;//启动T1 } void time1()interrupt 3 //定时器1中断服务程 序 { CLK=~CLK;//构造ADC0809的时钟程序 }
ADC0809 引脚图
A/D 转换器接口
单片机系统扩展三总线
工作过程 • 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地 址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之 一到比较器。 • START上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿 启动 A／D转换。 • 转换时EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／ D转换结束，结果数据存入锁存器。 • EOC信号即可用作中断申请又可用作查询。当 OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果 （8位数字量）输出到数据总线上。
• 数据转换程序
ADC0809的基准电压使用5.12V，根据A/D转 换的公式，每一个数值代表了0.02V。 当输入端输入的电压时0~5V时，ADC0809输出 的数据范围将是0~250。 单片机接收到ADC0809输出的数据信号后，乘 以0.02V才能变成对应的模拟信号的电压值。 计算后得到的电压值应转换为每一位对应的数字 才能通过动态显示程序在数码管上显示出来。
硬件电路
• • • • • • 单片机端口分配： P0口：接ADC0809数据信号输出端。 P2口：接ADC0809地址输入线、控制线。 P1口：接数码管的位码。 P3口：接数码管的段码。 数码管显示电路：（P121 图9-1 a） 采用用阴极数码管。 P1口输出经三极管反相后提供位码。 P3口输出提供段码。
图示：理想特性（直线）与阶梯状特性间的最 大偏差－－量化误差：
007 006 005 004 003 002 001 000 数字输出 007 006 005 004 003 002 001 000 数字输出
模拟电压输入 1LSB
模拟电压输入 1/2LSB
－1LSB
向左平移后，±1/2LSB
偏移误差：指输入为零时，输出信号不为零的值 （又称零值误差）。 满刻度误差：满刻度数码对应的实际输入电压与 理想电压之差（又称增益误差）。 线性度：指转换器实际的转换特性与理想直线的 最大偏差（又称为非线性度）。 绝对精度：任何数码所对应的实际模拟量输入与 理论模拟输入之差的最大值பைடு நூலகம்包括了所有的误差。 转换速率：每秒转换的次数。
A/D 转换器接口
ADC0809是一个8位8通道的逐次逼近式AD转换器。
ADC0809芯片及其与单片机的接口
主要性能
分辨率:８位 精度：小于±1LSB 单+5V供电，模拟输入电压范围为0～＋5V ８路输入模拟开关 可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容 功耗:15mW 不必进行零点和满度调整 转换时间：时钟640KHz时，约为100μS。（时 钟频率范围：10～1280KHz）
• ADC0809模数转换电路
• • • • • 模拟信号从IN0输入。 基准电压VREF(-)接地，VREF(+)接5.12V。 数字信号输出端接P0口。 转换结束EOC输出信号接P2.0。 地址输入端ADDA、ADDB、ADDC接P2.1、P2.2、 P2.3。 • 输出允许信号OE（OUTPUT ENABLE）接P2.5。 • 启动信号START、地址锁存允许信号ALE接P2.6。 • 时钟信号输入端CLOCK接P2.7。
void covert(unsigned char x) { char code dispcode[]={0x3F,0x06,0x5B, 0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //共阴极数码管编码表 disp[0]=dispcode[x/50];
//真实电压值为x乘以0.02V，整数部分相当于x除以 50
ADC0809 引脚图
A/D 转换器接口 （6）OE：输出允许信号，用于控制三态输
出锁存器向单片机输出转换得到的数据。当 OE=0时，输出数据线呈高电阻；当OE=1时， 输出转换得到的数据。 （7）CLK：时钟信号。ADC0809的内部没 有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因 此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz 的时钟信号 （8）EOC——转换结束状态信号。启动转 换后，系统自动设置EOC=0，转换完成后， EOC=1。该状态信号既可作为查询的状态标 志，又可以作为中断请求信号使用。 （9）Vref：参考电源。参考电压用来与输入 的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准， 其典型值为+5V（Vref (+) =+5V，Vref(-) =0V）。
脉冲计数值与VIN对应
三、A/D转换器的主要技术指标 分辨率：使输出数字量变化一个相邻数码 所需输入模拟电压的变化量
n 如：10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最 小值是10V×1/ 212 =2.4mV。
表示为：位数或FS/2
量化：用数字量近似表示模拟量的过程 量化误差：用有限位数进行量化引起的误差
VIN与80H对应的VN比 较 控制
逻辑
锁 存 缓 存 器
EOC N位寄存器
最高位先置1，其余全0
二、双积分式ADC的转换原理
标准电压
然后对标准电压进行反向积分 • VIN大，积分时间长； • VIN小，积分时间短； 积分器输出
比较器 计 数 器 控制逻辑 T T1 T2
VIN
－ ＋
时钟
t
对VIN进行固定时间T积分 • VIN大，积分输出电压高； • VIN小，积分输出电压低；
}
disp[0]=disp[0]+0x80;//显示时加上小数点 x=(x%50)*2;//获得小数部分 disp[1]=dispcode[x/10];//第一位小数 disp[2]=dispcode[x%10];//第二位小数
源程序
#include <reg51.h> #define data_point P0//定义数据读入端口 sbit EOC=P2^0;//定义ADC0809的控制引脚 sbit ADDA=P2^1; sbit ADDB=P2^2; sbit ADDC=P2^3; sbit OE=P2^5; sbit START=P2^6; sbit CLK=P2^7; unsigned char disp[8]={0,0,0};//显示数据 unsigned char t0count=0;//软件计数变量