模-数转换(ADC)

1、模-数转换（ADC简介模-数转换原理ADC的转换原理根据 ADC的电路形式有所不同。ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。ADC电路的形式很多，通常可以并为两类：间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。这种通常是采用时钟 脉冲计数器，它又被称为计数器式。它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。模一数转换的过程有四个阶段

2、，即采样、保持、量化和编码。采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。采样电路相当于一个模拟开关，模拟开关周期性地工作。理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离 散、数值离散的数字信号。我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制 代码。然而，量化和编

3、码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。保持是将时间离散、数值连续的信 号变成时间连续、数值离散信号的过程。在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化 器的输入端。虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。两者合称采样保持器。八位串行A/D转换器ADC0832简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道 A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎， 其目前已经有很高的普及率。 ADC083X是市面上常见的串行模一数转换器件系列。 ADC08

4、31 ADC0832 ADC0834 ADC0838是具有多路转换开关的 8位串行I/O模一数转换器，转换速度较高（转换时间 32uS）,单电源供电，功耗低（15mW，适用 于各种便携式智能仪表。本章以 ADC0832为例，介绍其使用方法。ADC0832是8脚双列直插式双通道 A/D转换器，能分别对两路模拟信号实现模一数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通过 DI数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。8位的分辨率（最高分辨可达 256级），可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用， 使得芯片的模拟电压输入在 05V之间。具有

5、双数据输岀可作为 数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。ADC0832 具有以下特点： 8位分辨率；双通道A/D转换;输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；CS 1启(VBEr)5V电源供电时输入电压在 05V之间；CH0 27一 CLKCH1 36LU工作频率为250KHZ转换时间为32 g S;GN0 45DI一般功耗仅为15mW8P、14P- DIP （双列直插）、PICC多种封装;商用级芯片温宽为 0° C to +70 ° C,工业级芯片温宽为-40 ° C to +85 °

6、 C;芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/- 使用CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/- 使用 GND 芯片参考零电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）ADC0832的工作原理:图 3 ADC0832 引脚图正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线， 与单片机的接口是双向的， 所以在 I/O 口资源紧张时可以将 高电平，此时芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进行 完全结束。此时芯片开始转

7、换工作，同时由处理器向芯片时钟（ 的数据信号。在第一个时钟脉冲的下沉之前 于选择通道功能。分别是 CS CLK DO DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时使用并DO和 DI并联在一根数据线上使用。 当ADC0832未工作时其CS输入端应为DI端必须是高电平，A/D转换时，须先将 CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换CLK输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前DI 端应输入两位数据用通道地址通道工作方式说明SGL/DIFODD/SIGN差分方式单端输入方式表 1:通道地址设置表如表 1 所示，当此两位数据为“转换。当两位数据

8、为“ 0”、“ 0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。至燼三个脉冲的下降之后0”时，只对 CH0 进行单通道转换。当2位数据为“ 1”、“ 1”时，只对CH1进行单通道 IN- 进行输入。当两位数据为“ 0”、“1”时，将 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开始利用数据输出 DO进行转换数据的读取。从第 4个脉冲下降沿开始由 DO端输出转换数据最高位 Data7，随后每一个脉冲的下降 沿DO端输出下一位数据。直到第 11个脉冲时发出最低位数据 Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输

9、出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出 Data0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。时序说明请参照图4。作为单通道模拟信号输入时 ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，即（5/256 ） V。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。 但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。ADC0832的工作时序图4 ADC08

10、32工作时ADCDM2fi $ tV t IB if U1fl IB it W n jt(MJ > Pin MBJWjJinRJWLRWuUWWLnRTLJL* i p 4T I Mt MR* * HI MH OTlL ” _一彳 rirLJTJTJT_rmL_r!r«9|t « TTMADC0832软硬件设计实例通过以上的理论学习之后，对模一数转换应该有了一定的了解，接下来就根据上文的指导，对ADC0832进行实际应用，以加深印象。本实例功能是将通道 1上采样到的电压显示在 LED数码管上，通过改变通道 1的输入电压变化，观察输岀读数。本实例调试前要 先将功能选择开关调到 ADC0832位置上，如图5，图6所示。it工图5 ADC0832实验演示图图6 ADC0832实验演示图硬件原理图相信看到这里，你应该可以理解我们是如何利用单片机来进行模数转换的处理了，你也可以根据自己的需要来写些 AD模数转换相关的应用程序，如数字温度计，湿度传感应用，压力传感应用等等。由于篇幅有限，读者朋友可以通过网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中，我们