模-數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)

1、模-數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC簡介模-數(shù)轉(zhuǎn)換原理ADC的轉(zhuǎn)換原理根據(jù) ADC的電路形式有所不同。ADC電路通常由兩部分組成，它們是：采樣、保持電路和量化、編碼電路。其中量化、編碼電路是最核心的部件，任何ADC轉(zhuǎn)換電路都必須包含這種電路。ADC電路的形式很多，通?？梢圆閮深悾洪g接法：它是將采樣-保持的模擬信號先轉(zhuǎn)換成與模擬量成正比的時間或頻率，然后再把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種通常是采用時鐘 脈沖計(jì)數(shù)器，它又被稱為計(jì)數(shù)器式。它的工作特點(diǎn)是：工作速度低，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)。直接法：通過基準(zhǔn)電壓與采樣-保持信號進(jìn)行比較，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點(diǎn)是：工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。模一數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個階段

2、，即采樣、保持、量化和編碼。采樣是將連續(xù)時間信號變成離散時間信號的過程。經(jīng)過采樣，時間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的模擬信號就變成了時間離散、數(shù)值連續(xù)的信號，稱為采樣信號。采樣電路相當(dāng)于一個模擬開關(guān)，模擬開關(guān)周期性地工作。理論上，每個周期內(nèi)，模擬開關(guān)的閉合時間趨近于0。在模擬開關(guān)閉合的時刻（采樣時刻），我們就“采”到模擬信號的一個“樣本”。量化是將連續(xù)數(shù)值信號變成離散數(shù)值信號的過程。理論上，經(jīng)過量化，我們就可以將時間離散、數(shù)值連續(xù)的采樣信號變成時間離 散、數(shù)值離散的數(shù)字信號。我們知道，在電路中，數(shù)字量通常用二進(jìn)制代碼表示。因此，量化電路的后面有一個編碼電路，將數(shù)字信號的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 代碼。然而，量化和編

3、碼總是需要一定時間才能完成，所以，量化電路的前面還要有一個保持電路。保持是將時間離散、數(shù)值連續(xù)的信 號變成時間連續(xù)、數(shù)值離散信號的過程。在量化和編碼期間，保持電路相當(dāng)于一個恒壓源，它將采樣時刻的信號電壓“保持”在量化 器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個獨(dú)立的單元，但是，工程上保持器總是與采樣器做在一起。兩者合稱采樣保持器。八位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832簡介ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎， 其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC083X是市面上常見的串行模一數(shù)轉(zhuǎn)換器件系列。 ADC08

4、31 ADC0832 ADC0834 ADC0838是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的 8位串行I/O模一數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度較高（轉(zhuǎn)換時間 32uS）,單電源供電，功耗低（15mW，適用 于各種便攜式智能儀表。本章以 ADC0832為例，介紹其使用方法。ADC0832是8腳雙列直插式雙通道 A/D轉(zhuǎn)換器，能分別對兩路模擬信號實(shí)現(xiàn)模一數(shù)轉(zhuǎn)換，可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通過 DI數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行通道選擇、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。8位的分辨率（最高分辨可達(dá) 256級），可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用， 使得芯片的模擬電壓輸入在 05V之間。具有

5、雙數(shù)據(jù)輸岀可作為 數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率；雙通道A/D轉(zhuǎn)換;輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；CS 1啟(VBEr)5V電源供電時輸入電壓在 05V之間；CH0 27一 CLKCH1 36LU工作頻率為250KHZ轉(zhuǎn)換時間為32 g S;GN0 45DI一般功耗僅為15mW8P、14P- DIP （雙列直插）、PICC多種封裝;商用級芯片溫寬為 0° C to +70 ° C,工業(yè)級芯片溫寬為-40 ° C to +85 °

6、 C;芯片接口說明：CS_ 片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/- 使用CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/- 使用 GND 芯片參考零電位（地）。DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）ADC0832的工作原理:圖 3 ADC0832 引腳圖正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線， 與單片機(jī)的接口是雙向的， 所以在 I/O 口資源緊張時可以將 高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)

7、換工作，同時由處理器向芯片時鐘（ 的數(shù)據(jù)信號。在第一個時鐘脈沖的下沉之前 于選擇通道功能。分別是 CS CLK DO DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時使用并DO和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為DI端必須是高電平，A/D轉(zhuǎn)換時，須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換CLK輸入端輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇表示啟始信號。在第二、三個脈沖下沉之前DI 端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用通道地址通道工作方式說明SGL/DIFODD/SIGN差分方式單端輸入方式表 1:通道地址設(shè)置表如表 1 所示，當(dāng)此兩位數(shù)據(jù)為“轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩位數(shù)據(jù)

8、為“ 0”、“ 0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。至燼三個脈沖的下降之后0”時，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 1”時，只對CH1進(jìn)行單通道 IN- 進(jìn)行輸入。當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“ 0”、“1”時，將 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4個脈沖下降沿開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 Data7，隨后每一個脈沖的下降 沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) Data0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸

9、出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下降沿輸出 Data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。時序說明請參照圖4。作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV，即（5/256 ） V。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。 但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。ADC0832的工作時序圖4 ADC08

10、32工作時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軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)例通過以上的理論學(xué)習(xí)之后，對模一數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)該有了一定的了解，接下來就根據(jù)上文的指導(dǎo)，對ADC0832進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，以加深印象。本實(shí)例功能是將通道 1上采樣到的電壓顯示在 LED數(shù)碼管上，通過改變通道 1的輸入電壓變化，觀察輸岀讀數(shù)。本實(shí)例調(diào)試前要 先將功能選擇開關(guān)調(diào)到 ADC0832位置上，如圖5，圖6所示。it工圖5 ADC0832實(shí)驗(yàn)演示圖圖6 ADC0832實(shí)驗(yàn)演示圖硬件原理圖相信看到這里，你應(yīng)該可以理解我們是如何利用單片機(jī)來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理了，你也可以根據(jù)自己的需要來寫些 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)的應(yīng)用程序，如數(shù)字溫度計(jì)，濕度傳感應(yīng)用，壓力傳感應(yīng)用等等。由于篇幅有限，讀者朋友可以通過網(wǎng)站或電子郵件一起交流與學(xué)習(xí)。在下幾期中，我們