AD转换器与单片机的接口技术.ppt

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 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 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 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 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 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 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 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 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 ADC0809的通道选择 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OUTPUTENABLE 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 ADC0809与单片机接口 通道地址 78H 7FH ADC0809与51单片机接口 程序清单 ORG0030HSTART 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40usDELY 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MOVXA R1 读取转换结果MOV R0 A 存放结果INCR0INCR1DJNZR2 LOOP 8通道未完 则采集下一通道HERE SJMPHEREEND 程序控制查询方式 查询方式 中断方式 主程序 程序清单 ORG0000HSTART AJMPMAINORG0003HAJMPEXINT0ORG0050hMAIN MOVPSW 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 SJMPHERE 中断方式 主程序 EXINT0 PUSHPSW 保护现场CLRRS0CLRRS1 设置当前工作区为0区MOVXA 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1DJNZR2 NEXT 8通道未完 则采集下一通道CLREX0 采集完毕 则停止中断SJMPDONENEXT MOVX R1 A 启动下一通道A D转换DONE POPPSWRETI 中断返回END 中断方式 中断服务程序 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 ADC574A 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 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 ADC574A引脚特性 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 ADC574A引脚特性 ADC574工作时序表 AD574A的工作时序 AD574A的工作时序 单极性和双极性电路 ADC574的两种应用形式 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 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 ORG0030HMOVR0 00H A7 A1 A0为低电平MOVR1 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MOVR0 01H A7和A1 0 A0 1MOVXA R0 读转换结果高8位MOV R1 A 存入30H单元MOVR0 03H A7 0 A1和A0 1 数据采集程序 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INCR1MOV R1 A 存放低8位DECR1MOVA R1SWAPA 结果的D11 D8位移至字节低4位MOV R1 A 存放高4位HERE SJMPHEREEND 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的时序配合问题固定延时等待法保持等待法中断响应法查询法双缓冲法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 ADCTLC2543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 因此在仪器仪表中有较为广泛的应用 2TLC2543的特点 1 12位分辩率A D转换器 2 在工作温度范围内10 s转换时间 3 11个模拟输入通道 4 3路内置自测试方式 5 采样率为66kbps 6 线性误差 1LSBmax 7 有转换结束输出EOC 8 具有单 双极性输出 9 可编程的MSB或LSB前导 10 可编程输出数据长度 ADCTLC2543芯片管脚特性 AIN0 AIN10 模拟量输入端 11路输入信号由内部多路器选通 对于4 1MHz的I OCLOCK 驱动源阻抗必须小于或等于50 而且用60pF电容来限制模拟输入电压的斜率CS 片选端 在端由高变低时 内部计数器复位 由低变高时 在设定时间内禁止DATAINPUT和I OCLOCK DATAINPUT 串行数据输入端 由4位的串行地址输入来选择模拟量输入通道DATAOUT A D转换结果的三态串行输出端 为高时处于高阻抗状态 为低时处于激活状态EOC 转换结束端 在最后的I OCLOCK下降沿之后 EOC从高电平变为低电平并保持到转换完成和数据准备传输为止CLOCk 输入 输出时钟端 I OCLOCK接收串行输入信号并完成以下四个功能 1 在I OCLOCK的前8个上升沿 8位输入数据存入输入数据寄存器 2 在I OCLOCK的第4个下降沿 被选通的模拟输入电压开始向电容器充电 直到I OCLOCK的最后一个下降沿为止 3 将前一次转换数据的其余11位输出到DATAOUT端 在I OCLOCK的下降沿时数据开始变化 4 I OCLOCK的最后一个下降沿 将转换的控制信号传送到内部状态控制位 REF 正基准电压端 基准电压的正端 通常为Vcc 被加到REF 最大的输入电压范围由加于本端与REF 端的电压差决定REF 负基准电压端 基准电压的低端 通常为地 被加到REF Vcc 电源GND 地时序 一个片选 cs 脉冲要插到每次转换的开始处 或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低 直到时序结束 每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序 TLC2543与MCS 51单片机接口 对0通道进行采集 结果为16位 MSB前导 单极性 将采集的数据放入40H和41H单元的程序如下 ORG0030HSTART MOVSP 50HMOVR0 40HMOVP1 04H 初始化P1口CLRP1 0 置I OCLOCK为低SETBP