ADC0809模数转换器的使用详解与程序.pdf

ADC0809 模数转换器的使用详解与程序模数转换器的使用详解与程序 带我们的王老师刚评上硕导了 下学期开始带研究生了 从他那里了解到每做一次实验或者实践 应该把它用规范的格式记录下来 一来自己可以 日后查看 二来同学间可以相互交流 共通过进步 甚为必要 现将本次实验记录如下 实验 名称 根据光强控制外围器件的通断 实验原理 使用 AD 芯片将太阳能电池产生的光生伏打电压转化为数字信号 再通过单片 机处理后 在数码管上显示电压 同时根据设定电压伐值 控制外围器件的通断 实验所需的设备 51 单片机烧写器一个 电脑一台 数字式示波器一个 数字式万用表一 个 实验所需的元件 太阳能电池一片 单片机一片 1k 排阻一个 四位连体的数码管一个 排针若干排 导线 万用版一块 焊锡 实验前的理论准备 能熟练使用 51 单片机 示波器 keil 软件 isp 下载软件 看懂 AD0 809 的英文 pdf 说明 实验的难点 难点一就是 AD0809 芯片的使用 难点二就是将 AD0809 产生的 0 256 的数字换算成 0 5 000 的精确度 而又不至于溢出出错 难点三就是以上的理论准备全部系自学 呵呵 下面着重说明 AD0809 的使用难点 ADC0809 是采样频率为 8 位的 以逐次逼近原理进行模 数转换的器件 其内部有一个 8 通道多路开关 它可以根据地址码锁存译码后的信号 只选通 8 路模拟输入信号中的一个进 行 A D 转换 1 主要特性 1 8 路 8 位 A D 转换器 即分辨率 8 位 2 具有转换起停控制端 3 转换时间为 100 s 4 单个 5V 电源供电 5 模拟输入电压范围 0 5V 不需零点和满刻度校准 6 工作温度范围为 40 85 摄氏度 7 低功耗 约 15mW 2 内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A D 转换器 内部结构如图 13 22 所示 它 由 8 路模拟开关 地址锁存与译码器 比较器 8 位开关树型 D A 转换器 逐次逼近 3 外部特性 引脚功能 ADC0809 芯片有 28 条引脚 采用双列直插式封装 如图 13 23 所示 下面说明各引 脚功能 IN0 IN7 8 路模拟量输入端 2 1 2 8 8 位数字量输出端 ADDA ADDB ADDC 3 位地址输入线 用于选通 8 路模拟输入中的一路 ALE 地址锁存允许信号 输入 高电平有效 START A D 转换启动信号 输入 高电平有效 EOC A D 转换结束信号 输出 当 A D 转换结束时 此端输出一个高电平 转 换期间一直为低电平 OE 数据输出允许信号 输入 高电平有效 当 A D 转换结束时 此端输入一个高 电平 才能打开输出三态门 输出数字量 CLK 时钟脉冲输入端 要求时钟频率不高于 640KHZ REF REF 基准电压 Vcc 电源 单一 5V GND 地 ADC0809 的工作过程是 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 之后 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 结果数据已存入锁存器 这个信号可 用作中断申 请 当 OE 输入高电平 时 输出三态门打开 转换结果的数字量输出到数据总线上 值得一提的是 我按照上面电路 把 AD 的 ABC 三脚共同接接地时 AD0809088 始终输 出高电平 最后当我把 BC 共同接地 在程序中给 A 一个 0 则 AD0809 正常运行 有输出 并且发现当所给的时钟频率越低 最高精度的那位输出越稳定 具体参数范围从芯片资料里 有详细介绍 不过十全英文 专业词汇哦 哈哈 现将程序记录如下 完整的程序从这里下载 include define uint unsigned int define uchar unsigned char uchar aa qian bai shi ge uint temp sbit clock P2 0 sbit start P2 1 sbit eoc P2 2 sbit oe P2 3 sbit ale P2 4 sbit adda P2 5 uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 void display uchar bai uchar shi uchar ge void delay uint z void main TMOD 0 x20 设置定时器 1 为工作方式 2 TH1 0 x216 216 TL1 0 x216 216 EA 1 开总中断 ET1 1 开 t1 中断 TR1 1 start 0 复位 oe 0 输出 adda 0 eoc 0 ale 0 关闭地址选择 while 1 start 0 delay 10 start 1 复位 ale 1 打开地址选择 adda 0 delay 10 start 0 开始转换 ale 0 关地址 delay 1 while eoc 0 等待 eoc 变为 1 delay 1 oe 1 打开输出 delay 1 P1 0 xff temp P1 取 p1 到 p3 oe 0 关输出 temp temp 50 temp temp 256 qian temp 1000 bai temp 1000 100 shi temp 100 10 ge temp 10 P3 0 x00 P0 0 xfe P3 table qian delay 50 P3 0 x00 P0 0 xfd P3 table bai delay 50 P3 0 x00 P0 0 xfb P3 table shi delay 50 P3 0 x00 P0 0 xf7 P3 table ge void delay uint z uint x y for x z x 0 x for y 1 y 0 y void cl interrupt 3 clock clock 模数转换器模数转换器 模数转换器即 A D 转换器 或简称 ADC 通常是指一个将模拟信号转变为数字信号 的电子元件 通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号 由于数字 信号本身不具有实际意义 仅仅表示一个相对大小 故任何一个模数转换器都需要一 个参考模拟量作为转换的标准 比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小 而输 出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小 模数转换器最重要的参数是转换的精度 通常用输出的数字信号的位数的多少表 示 转换器能够准确输出的数字信号的位数越多 表示转换器能够分辨输入信号的能 力越强 转换器的性能也就越好 A D 转换一般要经过采样 保持 量化及编码 4 个过程 在实际电路中 有些过 程是合并进行的 如采样和保持 量化和编码在转换过程中是同时实现的 一般来说 AD 比 DA 贵 尤其是高速的 AD 因为在某些特殊场合 如导弹的摄 像头部分要求有高速的转换能力 一般那样 AD 要上千美元 还有通过 AD 的并联可 以提高 AD 的转换效率 多个 AD 同时处理数据 能满足处理器的数字信号需求了 编辑本段编辑本段转换方法转换方法 模数转换器 模数转换过程包括量化和编码 量化是将模拟信号量程分成许多离散量级 并确定输 入信号所属的量级 编码是对每一量级分配唯一的数字码 并确定与输入信号相对应 的代码 最普通的码制是二进制 它有 2n 个量级 n 为位数 可依次逐个编号 模 数转换的方法很多 从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类 直接法是直接 将电压转换成数字量 它用数模网络输出的一套基准电压 从高位起逐位与被测电压 反复比较 直到二者达到或接近平衡 见图 控制逻辑能实现对分搜索的控制 其 比较方法如同天平称重 先使二进位制数的最高位 Dn 1 1 经数模转换后得到一个 整个量程一半的模拟电压 VS 与输入电压 Vin 相比较 若 Vin VS 则保留这一位 若 VinVS 还是 Vin V 来 决定是否保留这一位 经过 n 次比较后 n 位寄存器的状态即为转换后的数据 这种 直接逐位比较型 又称反馈比较型 转换器是一种高速的数模转换电路 转换精度很 高 但对干扰的抑制能力较差 常用提高数据放大器性能的方法来弥补 它在计算机 接口电路中用得最普遍 间接法不将电压直接转换成数字 而是首先转换成某一中间量 再由中间量转换 成数字 常用的有电压 时间间隔 V T 型和电压 频率 V F 型两种 其中电压 时间间 隔型中的双斜率法 又称双积分法 用得较为普遍 模数转换器的选用具体取决于输入电平 输出形式 控制性质以及需要的速度 分辨率和精度 用半导体分立元件制成的模数转换器常常采用单元结构 随着大规模集成电路技 术的发展 模数转换器体积逐渐缩小为一块模板 一块集成电路 编辑本段编辑本段举例说明举例说明 例 1 对于一个 2 位的电压模数转换器 如果将参考设为 1V 那么输出的信号有 00 01 10 11 4 种编码 分别代表输入电压在 0V 0 25V 0 26V 0 5V 0 51V 0 75V 0 76V 1V 时的对应输入 分为 4 个等级编码 当一个 0 8V 的信号输入时 转换器输 出的数据为 11 例 2 对于一个 4 位的电压模数转换器 如果将参考设为 1V 那么输出的信号有 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 16种 编 码 分 别 代 表 输 入 电 压 在0V 0 0625V 0 0626V 0 125V 0 9376V 1V 分为 16 个等级编码 比较精确 当一个 0 8V 的 信号输入时 转换器输出的数据为 1100 A D 转换器的选型技巧及注意事项转换器的选型技巧及注意事项 转转 AD 的选择 首先看精度和速度 然后看是几路的 什么输出的比如 SPI 或者 并行的 差分还是单端输入的 输入范围是多少 这些都是选 AD 需要考虑的 DA 的选择 主要是精度和输出 比如是电压输出还是电流输出等等 在进行电路设计时 面对种类繁多的 A D D A 芯片 如何选择你所需要的 器件呢 这要综合设计的诸项因素 系统技术指标 成本 功耗 安装等 最重 要的依据还是速度和精度 精度精度 与系统中所测量控制的信号范围有关 但估算时要考虑到其他因素 转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位 常见的 A D D A 器件有 8 位 10 位 12 位 14 位 16 位等 速度速度 应根据输入信号的最高频率来确定 保证转换器的转换速率要高于 系统要求的采样频率 通道通道 有的单芯片内部含有多个 A D D A 模块 可同时实现多路信号的转 换 常见的多路 A D 器件只有一个公共的 A D 模块 由一个多路转换开关实现 分时转换 数字接口方式 数字接口方式 接口有并行 串行之分 串行又有 SPI I2C SM 等多种不 同标准 数值编码通常是二进制 也有 BCD 二 十进制 双极性的补码 偏 移码等 模拟信号类型 模拟信号类型 通常 AD 器件的模拟输入信号都是电压信号 而 D A 器件 输出的模拟信号有电压和电流两种 根据信号是否过零 还分成单极性 Unipolar 和双极性 Bipolar 电源电压 电源电压 有单电源 双电源和不同电压范围之分 早期的 A D D A 器件 要有 15V 15V 如果选用单 5V 电源的芯片则可以使用单片机系统电源 基准电压 基准电压 有内 外基准和单 双基准之分 功耗功耗 一般 CMOS 工艺的芯片功耗较低 对于电池供电的手持系统对功耗 要求比较高的场合一定要注意功耗指标 封装封装 常见的封装是 DIP 现在表面安装工艺的发展使得表贴型封装的应用 越来越多 跟踪跟踪 保持保持 Track Hold 缩写 T H 原则上直流和变化非常缓慢的信号可 不用采样保持 其他情况都应加采样保持 满幅度输出满幅度输出 Rail to Rail 新近业界出现的新概念 最先应用于运算放大器领 域 指输出电压的幅度可达输入电压范围 在 D A 中一般是指输出信号范围可 达到电源电压范围 国内的翻译并不统一 如 轨 轨 满摆幅 高精度测量类的 A D 设计注意事项 1 参考电压需要足够精确 推荐使用外部高精准参考电压 2 如果 PGA 可调 增益系数一般是越小噪声越低 3 一般最好用到满量程 此时 AD 精度不浪费 4 如果有偏置 需要进行自校 5 请注意在使用 DEMO 板调试时 会由调试口导入 PC 噪声 由信号连接线导入外 部噪声 因此建议使用屏蔽电缆传输信号 6 板上注意模拟电源和数字电源 以及模拟地和数字地要分开 减少耦合噪声路 径 7 使用差分输入可以减少共模噪声 但是差模噪声会增大 8 如果是片内集成 AD 的 MCU 支持高速时钟 如果不影响性能 内部工作时钟越 低 对您的 AD 采样引起的干扰越小 如果是板上就需要注意走线和分区 9 信号输入前级接滤波电路 一般一阶RC电路较多 注意Fc 1 1000 1 100 采样 频率 电阻和电容的参数注意选取 信号接入后级接滤波电路最好采用sinc滤波方 式 注意输入偏置电流会限制您外部的滤波电阻阻值的大小 R x Ib 1LSB 有的片内 AD 还有集成输入 Buffer 有助与抑制您的噪声 一般是分两当 看输入信 号范围和满量程之间的关系 AD 分为很多种 SAR FLASH 并行比较型 逐次逼近型 Delta sigma 型 一般是速 度越高 精度越高越贵 针对不同场合不同成本不同要求分别选用 还得注意是 您的 Layout A D 转换器件选型指南 A D 转换器的品种繁多 性能各异 A D 转换器的选择直接影响系统的性能 在确定设计方案后 首先需要明确 A D 转换的需要的指标要求 包括数据精度 采样速率 信号范围等等 1 确定 A D 转换器的位数 在选择 A D 器件之前 需要明确设计所要达到的精度 精度是反映转换器 的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量 在转化过程中 由于存在量化误 差和系统误差 精度会有所损失 其中量化误差对于精度的影响是可计算的 它 主要决定于 A D 转换器件的位数 A D 转换器件的位数可以用分辨率来表示 一 般把 8 位以下的 A D 转换器称为低分辨率 ADC 9 12 位称为中分辨率 ADC 13 位以上为高分辨率 A D 器件的位数越高 分辨率越高 量化误差越小 能 达到的精度越高 理论上可以通过增加 A D 器件的位