ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用詳解與程序

1、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用詳解與程序帶我們的王老師剛評(píng)上碩導(dǎo)了，下學(xué)期開始帶研究生了。   從他那里了解到每做一次實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐，應(yīng)該把它用規(guī)范的格式記錄下來，一來自己可以日后查看，二來同學(xué)間可以相互交流，共通過進(jìn)步，甚為必要?，F(xiàn)將本次實(shí)驗(yàn)記錄如下。   實(shí)驗(yàn)名稱：根據(jù)光強(qiáng)控制外圍器件的通斷。   實(shí)驗(yàn)原理；使用AD芯片將太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的光生伏打電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再通過單片機(jī)處理后，在數(shù)碼管上顯示電壓，同時(shí)根據(jù)設(shè)定電壓伐值，控制外圍器件的通斷。   實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備：51單片機(jī)燒寫器一個(gè)，電腦一臺(tái)，數(shù)字式示波器一個(gè)，數(shù)字式萬用表一個(gè)   實(shí)驗(yàn)

2、所需的元件:太陽(yáng)能電池一片，單片機(jī)一片，1k排阻一個(gè)，四位連體的數(shù)碼管一個(gè)，排針若干排，導(dǎo)線，萬用版一塊，焊錫。   實(shí)驗(yàn)前的理論準(zhǔn)備；能熟練使用51單片機(jī)，示波器，keil軟件，isp下載軟件，看懂AD0809的英文pdf說明   實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)：難點(diǎn)一就是AD0809芯片的使用。 難點(diǎn)二就是將AD0809產(chǎn)生的0256的數(shù)字換算成05.000的精確度，而又不至于溢出出錯(cuò)。 難點(diǎn)三就是以上的理論準(zhǔn)備全部系自學(xué)，呵呵 下面著重說明AD0809的使用難點(diǎn)。  ADC0809是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼

3、鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 1主要特性 1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s 4）單個(gè)5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 3外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7

4、：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作

5、過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此 地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可 用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。   值得一提的是，我按照上面電路，把AD的ABC三腳共同接接地時(shí)，AD0809088始終輸出高電平，最后當(dāng)我把BC共同接地，在程序中給A一個(gè)0，則AD0809正常運(yùn)行，有輸出，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)所給的時(shí)鐘頻率越

6、低，最高精度的那位輸出越穩(wěn)定，具體參數(shù)范圍從芯片資料里有詳細(xì)介紹，不過十全英文，專業(yè)詞匯哦。哈哈   現(xiàn)將程序記錄如下： 完整的程序從這里下載: #include< reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar aa,qian,bai,shi,ge; uint temp; sbit clock=P20; sbit start=P21; sbit eoc=P22; sbit oe=P23; sbit ale=P24; sbit adda=P25; uchar code ta

7、ble= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71 ; /void display(uchar bai,uchar shi,uchar ge); void delay(uint z); void main() TMOD=0x20; /設(shè)置定時(shí)器1為工作方式2 TH1=0x216; /216 TL1=0x216; /216 EA=1; /開總中斷 ET1=1; /開t1中斷 TR1=1; start=0; /復(fù)位 oe=0; /輸出 adda=0; /eoc=0; ale=

8、0; /關(guān)閉地址選擇 while(1) start=0; /delay(10); start=1; / 復(fù)位 ale=1; / 打開地址選擇 adda=0; /delay(10); start=0; / 開始轉(zhuǎn)換 ale=0; / 關(guān)地址 /delay(1); while(eoc=0); / 等待eoc變?yōu)? /delay(1); oe=1; / 打開輸出 /delay(1); /P1=0xff; temp=P1; / 取p1到p3 oe=0; / 關(guān)輸出 temp=temp*50; temp=temp/256; qian=temp/1000; bai=temp%1000/100; shi=t

9、emp%100/10; ge=temp%10; P3=0x00; P0=0xfe; P3=tableqian; delay(50); P3=0x00; P0=0xfd; P3=tablebai; delay(50); P3=0x00; P0=0xfb; P3=tableshi; delay(50); P3=0x00; P0=0xf7; P3=tablege; 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; 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)

10、換器，或簡(jiǎn)稱ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。 通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度，通常用輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。 A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。在實(shí)際電路中，有些過程是合并進(jìn)行的，

11、如采樣和保持，量化和編碼在轉(zhuǎn)換過程中是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。 一般來說，AD比DA貴，尤其是高速的AD，因?yàn)樵谀承┨厥鈭?chǎng)合，如導(dǎo)彈的攝像頭部分要求有高速的轉(zhuǎn)換能力。一般那樣AD要上千美元。還有通過AD的并聯(lián)可以提高AD的轉(zhuǎn)換效率，多個(gè)AD同時(shí)處理數(shù)據(jù)，能滿足處理器的數(shù)字信號(hào)需求了。 編輯本段轉(zhuǎn)換方法   模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號(hào)量程分成許多離散量級(jí)，并確定輸入信號(hào)所屬的量級(jí)。編碼是對(duì)每一量級(jí)分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進(jìn)制，它有2n個(gè)量級(jí)（n為位數(shù)）,可依次逐個(gè)編號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接

12、法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測(cè)電壓反復(fù)比較，直到二者達(dá)到或接近平衡（見圖）?？刂七壿嬆軐?shí)現(xiàn)對(duì)分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進(jìn)位制數(shù)的最高位Dn-11，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個(gè)整個(gè)量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相比較，若Vin>VS,則保留這一位；若Vin<Vin，則Dn-10。然后使下一位Dn-21,與上一次的結(jié)果一起經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與Vin相比較,重復(fù)這一過程，直到使D01，再與Vin相比較,由Vin>VS還是Vin<V 來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)

13、據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對(duì)干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補(bǔ)。它在計(jì)算機(jī)接口電路中用得最普遍。 間接法不將電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量,再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。常用的有電壓-時(shí)間間隔(V/T)型和電壓-頻率(V/F)型兩種，其中電壓-時(shí)間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。 用半導(dǎo)體分立元件制成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器常常采用單元結(jié)構(gòu)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路。

14、 編輯本段舉例說明例1：對(duì)于一個(gè)2位的電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果將參考設(shè)為1V，那么輸出的信號(hào)有00、01、10、11，4種編碼，分別代表輸入電壓在0V-0.25V, 0.26V-0.5V, 0.51V-0.75V, 0.76V-1V時(shí)的對(duì)應(yīng)輸入。分為4個(gè)等級(jí)編碼，當(dāng)一個(gè)0.8V的信號(hào)輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)為11。 例2：對(duì)于一個(gè)4位的電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果將參考設(shè)為1V，那么輸出的信號(hào)有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111，16種編碼，分別代表輸入電壓在0V-0.0625V,

15、0.0626V-0.125V, .0.9376V-1V。分為16個(gè)等級(jí)編碼（比較精確）當(dāng)一個(gè)0.8V的信號(hào)輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)為1100。A/D轉(zhuǎn)換器的選型技巧及注意事項(xiàng)(轉(zhuǎn))  AD的選擇，首先看精度和速度，然后看是幾路的，什么輸出的比如SPI或者并行的，差分還是單端輸入的，輸入范圍是多少，這些都是選AD需要考慮的。DA的選擇，主要是精度和輸出，比如是電壓輸出還是電流輸出等等。      在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，面對(duì)種類繁多的A/D、D/A芯片，如何選擇你所需要的器件呢？這要綜合設(shè)計(jì)的諸項(xiàng)因素，系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)、成本、功耗、安裝等，最重要

16、的依據(jù)還是速度和精度。       精度：與系統(tǒng)中所測(cè)量控制的信號(hào)范圍有關(guān)，但估算時(shí)要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率高一位。常見的A/D、D/A器件有8位，10位，12位，14位，16位等。       速度：應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的最高頻率來確定，保證轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣頻率。       通道：有的單芯片內(nèi)部含有多個(gè)A/D、D/A模塊，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的轉(zhuǎn)換；常見的多路A/D器件

17、只有一個(gè)公共的A/D模塊，由一個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換。       數(shù)字接口方式：接口有并行/串行之分，串行又有SPI、I2C、SM等多種不同標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)值編碼通常是二進(jìn)制，也有BCD（二十進(jìn)制）、雙極性的補(bǔ)碼、偏移碼等。       模擬信號(hào)類型：通常AD器件的模擬輸入信號(hào)都是電壓信號(hào)，而D/A器件輸出的模擬信號(hào)有電壓和電流兩種。       根據(jù)信號(hào)是否過零，還分成單極性（Unipolar）和雙極性（Bipola

18、r）。       電源電壓：有單電源，雙電源和不同電壓范圍之分，早期的A/D、D/A器件要有+15V/-15V，如果選用單+5V電源的芯片則可以使用單片機(jī)系統(tǒng)電源。       基準(zhǔn)電壓：有內(nèi)、外基準(zhǔn)和單、雙基準(zhǔn)之分。      功耗 ：一般CMOS工藝的芯片功耗較低，對(duì)于電池供電的手持系統(tǒng)對(duì)功耗要求比較高的場(chǎng)合一定要注意功耗指標(biāo)。       封裝：常見的封裝是D

19、IP，現(xiàn)在表面安裝工藝的發(fā)展使得表貼型封裝的應(yīng)用越來越多。       跟蹤/保持（Track/Hold縮寫T/H）： 原則上直流和變化非常緩慢的信號(hào)可不用采樣保持，其他情況都應(yīng)加采樣保持。      滿幅度輸出(Rail-to Rail) 新近業(yè)界出現(xiàn)的新概念，最先應(yīng)用于運(yùn)算放大器領(lǐng)域，指輸出電壓的幅度可達(dá)輸入電壓范圍。在D/A中一般是指輸出信號(hào)范圍可達(dá)到電源電壓范圍。（國(guó)內(nèi)的翻譯并不統(tǒng)一，如“軌-軌”、“滿擺幅”）高精度測(cè)量類的A/D設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：1:參考電壓需要足夠精確,推薦使用

20、外部高精準(zhǔn)參考電壓。2:如果PGA可調(diào),增益系數(shù)一般是越小噪聲越低。3:一般最好用到滿量程,此時(shí)AD精度不浪費(fèi)。4:如果有偏置,需要進(jìn)行自校。5:請(qǐng)注意在使用DEMO板調(diào)試時(shí),會(huì)由調(diào)試口導(dǎo)入PC噪聲,由信號(hào)連接線導(dǎo)入外部噪聲,因此建議使用屏蔽電纜傳輸信號(hào)。6:板上注意模擬電源和數(shù)字電源,以及模擬地和數(shù)字地要分開,減少耦合噪聲路徑。7:使用差分輸入可以減少共模噪聲,但是差模噪聲會(huì)增大。8:如果是片內(nèi)集成AD的MCU,支持高速時(shí)鐘,如果不影響性能,內(nèi)部工作時(shí)鐘越低,對(duì)您的AD采樣引起的干擾越小,如果是板上就需要注意走線和分區(qū)。9:信號(hào)輸入前級(jí)接濾波電路,一般一階RC電路較多,注意Fc=1/1000

21、1/100 采樣頻率,電阻和電容的參數(shù)注意選取.信號(hào)接入后級(jí)接濾波電路最好采用sinc濾波方式.注意輸入偏置電流會(huì)限制您外部的濾波電阻阻值的大小。R x Ib < 1LSB。有的片內(nèi)AD還有集成輸入Buffer,有助與抑制您的噪聲,一般是分兩當(dāng),看輸入信號(hào)范圍和滿量程之間的關(guān)系。AD分為很多種,SAR,FLASH,并行比較型,逐次逼近型,Delta sigma型,一般是速度越高,精度越高越貴。針對(duì)不同場(chǎng)合不同成本不同要求分別選用，還得注意是您的Layout。A/D轉(zhuǎn)換器件選型指南 A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多，性能各異，A/D轉(zhuǎn)換器的選擇直接影響系統(tǒng)的性能。在確定設(shè)計(jì)方案后，首先需要明確A/D轉(zhuǎn)換的需要的指標(biāo)要求，包括數(shù)據(jù)精度、采樣速率、信號(hào)范圍等等。 1確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 在選擇A/D器件之前，需要明確設(shè)計(jì)所要達(dá)到的精度。精度是反映轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度的物理量。在轉(zhuǎn)化過程中，由于存在量化誤差和系統(tǒng)誤差，精度會(huì)有所損失。其中量化誤差對(duì)于精度的影響是可計(jì)算的，它主要決定于A/D轉(zhuǎn)換器件的位數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換器件的位數(shù)可以用分辨率來表示。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器稱為低分辨率ADC，912位稱為中分辨