微机接口实验串行AD

1、08·串行模/数转换实验王梦硕实验目的：学习使用串行模数转换芯片TLC549进行电压采集和数据处理。实验原理：1·TLC549TLC549是一种8位串行逐次比较型A/D转换芯片。通用为处理器通过串行控制线可以实现对该芯片的控制。该芯片具有4Mhz片内系统时钟和软、引荐控制电路，转换时间最长17us，转换速度为40,000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值位6mW。TLC549的管脚示意图与分配如下：· 4、8脚位电源输入和接地；· 2脚AIN为模拟采样电压的输入；· 5脚CS_n为片选信号，当CS_n为高电平时，数据输

2、出DATA_OUT端处于高阻状态；· 7脚I/OCLK为时钟信号输入端；· 6脚DOUT为转换后的串行数据输出端；· 1、3脚为参考电压输入端。2·TLC549的工作时序：TLC549在读出前一次数据后，马上进行电压采样，ADC转换，转换完后就进入HOLD模式，直到再次读取数据时，芯片才会进行下一次A/D转换。也就是说，本次读出的数据是前一次的转换值，读操作后就会再启动一次转换。一次转换所用的时间最长为17us，芯片没有转换，结束信号输出。控制时序：· 将CS置低。内部电路在测得CS下降延后，等待ten后自动将前一次转换结果的最高位（D7）位输

3、出到DATA_OUT端。· 前四个I/O_CLOCK周期的下降沿一次移出第2、3、4和第5个位（D6、D5、D4、D3），片上采样保持电路在第4个I/O_CLOCK下降沿开始采样模拟输入。· 接下来的3个I/O_CLOCK周期的下降沿移出第6、7、8（D2、D1、D0）个转换位。· 最后，片上采样保持电路在第8个I/O_CLOCK后，CS必须为高，或I/O_CLOCK保持低电平，这种状态需要维持tconv以等待保持和转换工作的完成。实验内容：电原理图：本次试验两部分电原理图基本相同，唯一不同在于TLC549的AIN端输入信号：第1部分输入直流电压信号；第2部分输入

4、正弦信号。1·REF+连基准源的+5V（通过可调电阻调整），CLK、DAT和-CS分别连P10、P11和P12。D2区电位器的输出连ANIN。通过单片机P1口控制串行AD转换芯片TLC549实现模拟电压信号的采集，并存入内部数据存储器。记录10组不同的电压转换值，并分析误差。程序代码、注释及流程图：CSBITP1.2DATBITP1.1CLKBITP1.0AD_DATADATA 30HORG8000HAJMPMAINORG8100HMAIN:MOVSP, #60HACALLTLC549_ADC; 先进行一次采样MOVR7, #0FFH; 延时DJNZR7, $ACALLTLC549_

5、ADC; 获得上次采样的结果MOVAD_DATA, A; 存储采样结果SJMP$TLC549_ADC:CLRACLRCLKCLRCS; 选中TLC549MOVR6, #8TLCAD_L1:SETBCLKNOPNOPMOVC, DATRLCACLRCLK; DAT=0，为读出下一位数据做准备NOPDJNZR6, TLCAD_L1SETBCS; 禁止TLC549，再次启动A/D转换SETBCLKRET;END仿真效果：以下几幅图片是电位器拨到不同位置时A/D转换结果。 2·使用信号源产生0+5V区间的正弦波，使用串行A/D转换芯片TLC549实现信号采集，并利用采样定律分析采样频率与输入

6、信号频率的关系。 程序代码、注释及流程图：CSBITP1.2DATBITP1.1CLKBITP1.0ORG8000HAJMPMAINORG800BHAJMPINTT0ORG8100HMAIN:MOVSP, #60HMOVR1, #30HACALLTLC549_ADC; 先运行一次MOVTMOD, #02HMOVTH0, #37HMOVTL0, #37H; 设置采样率，可变SETBET0; 允许T0中断SETBEA; 打开总中断SETBTR0; 开始计时CJNER1, #50H, $; 在R1达到50H前一直等待中断CLRTR0SJMP$;TLC549_ADC:CLRACLRCLKCLRCSMO

7、VR6, #8TLCAD_L1:SETBCLKNOPNOPMOVC, DATRLCACLRCLKNOPDJNZR6, TLCAD_L1SETBCSSETBCLKRET;ORG8400HINTT0:; T0中断程序ACALLTLC549_ADCMOVR1, AINCR1; 地址指针+1RETI;END仿真效果：下图是一次采样的结果：实验现象和数据记录：1·REF+连基准源的+5V（通过可调电阻调整），CLK、DAT和-CS分别连P10、P11和P12。D2区电位器的输出连ANIN。通过单片机P1口控制串行AD转换芯片TLC549实现模拟电压信号的采集，并存入内部数据存储器。记录10组不

8、同的电压转换值，并分析误差。参考电压为5.02V，测量10组数据12345678910模拟值5.024.394.033.613.032.672.171.451.080.69数字值（转换前）255225207184155136109745433数字值（转换后）5.004.414.063.613.042.672.141.451.060.65绝对误差-0.020.020.030.000.010.00-0.030.00-0.02-0.04相对误差-0.39%0.50%0.72%-0.05%0.31%-0.12%-1.50%0.08%-1.95%-6.22%2·使用信号源产生0+5V区间的正弦

9、波，使用串行A/D转换芯片TLC549实现信号采集，并利用采样定律分析采样频率与输入信号频率的关系。采样频率固定为10kHz，对不同频率正弦波进行采样：a·4.21kHZ12345678转换值0.980.234.411.462.463.690.554.80910111213141516转换值0.453.812.291.624.340.254.671.001718192021222324转换值3.033.180.884.730.274.221.762.132526272829303132转换值3.960.414.790.633.542.641.334.53b·1.66kHZ1

10、2345678转换值4.711.880.270.983.244.774.001.68910111213141516转换值0.251.133.444.793.851.500.231.311718192021222324转换值3.614.803.671.330.231.483.794.802526272829303132转换值3.501.150.251.663.954.793.301.00c·803HZ12345678转换值4.753.131.950.940.330.290.821.82910111213141516转换值2.994.024.694.794.323.382.211.131

11、718192021222324转换值0.410.250.661.582.733.834.594.822526272829303132转换值4.473.612.461.330.530.230.551.35d·393HZ12345678转换值3.812.702.111.561.070.680.410.25910111213141516转换值0.250.390.661.041.522.072.643.201718192021222324转换值3.734.184.514.734.824.774.574.262526272829303132转换值3.813.302.732.151.601.09

12、0.680.41实验分析：1·AD转换的误差本实验采用的ADC方式是利用2进制数向上逼近，即从高位向低位逐级置1，如果置1后DAC结果大于模拟值，则将这一位置0，否则保留；如此重复逐位判断。因为这种转换方式，转换值与实际值之间的误差其实为截尾误差（仅考虑转换方法造成的误差）。根据实验中的实际情况：模数转换间隔约为0.02V，所以误差最大为-0.02V，最小为0V，均匀分布，期望值位-0.01V。实际测量10组数据的误差平均值也为-0.01V，但这个数据没有参考价值。可以看到有3组数据的绝对误差为正数，这显然是由于其他误差造成的，因为我们使用的实验器材本身会带来误差，比如在DAC中产生

13、误差导致错误的判断，实验操作者也会将偶然误差带入实验结果中。所以从测量结果中我们只能得出ADC转换比较精确的结论。2·采样定理在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。以上为采样定理。用10kHz采样信号采样不同频率信号。对4.21kHz正弦信号进行采样可以看出，采样后的数字信号并不能很好地保留原始信号，即使已经满足了采样定理的条件。可见，如果对更高频率的信号进行采样，获得的结果会更加不理想。对采样定理的实际应用中，一般保证采样频率位信号最高频率的510倍。在b、c、d三组数据中，被采样信号频率逐渐降低，可以看出频率越低，正弦波被越好地还原。但同时为了节省资源，如采样结果序列的长