第五章單片機外部資源擴充-1 AD轉換zxl

第五章MCS-51單片機的A/D轉換接口單片機與應用ADC：AnalogtoDigitalConverter隨著數(shù)字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代控制、通信及檢測領域中，為提高系統(tǒng)性能指標，對信號的處理無不廣泛地采用了數(shù)字計算機技術。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如：溫度、速度、壓力、電壓、電流、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數(shù)字信號；而經計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量往往需要將其轉換為相應的模擬信號才能為執(zhí)行機構所接收。這樣就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路－模/數(shù)轉換器(A/D:AnalogtoDigitalConverter)和數(shù)/模轉換器(D/A:DigitaltoAnalogConverter)。也就出現(xiàn)了單片機的模/數(shù)轉換（A/D）和數(shù)/模轉換（D/A）的接口問題。

模/數(shù)轉換器的基本概念

ADC：AnalogtoDigitalConverter物理量電信號傳感器電壓信號I-V轉換Q-V轉換F-V轉換如：溫度、速度、壓力、電壓、電流、圖像等等如：電壓、電流、電荷、頻率數(shù)字信號ADC1、ADC的結構簡圖采樣保持電路模/數(shù)轉換電路控制電路和數(shù)字接口電路時鐘模擬電壓輸入Vin參考電壓Vref2、ADC的主要技術指標

量化間隔

量化間隔反映ADC轉換結果的最小分度值，是ADC反應轉換精度的指標。其中n為ADC的位數(shù)，通常稱為ADC的分辨率；常見ADC的分辨率為8位、10位、12位、16位等，高端ADC可以達到24位甚至更高；轉換速率（Ksps，Msps）

轉換速率是通常指ADC每秒中可以完成的轉換次數(shù)，一般以1Msps為界，分為高速型和低速型。通常等于參考電壓3、ADC的分類

按轉換方式分：并行式雙積分型逐次逼近型（SAR）過采樣型（∑-Δ）

按接口方式分：并行接口（并行總線）串行接口（IIC、SPI總線）A/D轉換器與單片機接口具有硬、軟件相依性。一般來說，A/D轉換器與單片機的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動方式、轉換結束信號處理方法以及時鐘的連接等。ADC0809ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉換芯片

ADC0809具有8個模擬量輸入通道

ADC0809只有1個A/D轉換電路

ADC0809完成一次A/D轉換的時間約為100us

ADC0809必須外接時鐘信號才能工作1、ADC0809的引腳8位A/D轉換器（28PIN）IN0－IN7：8個模擬通道輸入端。ADDC、ADDB、ADDA：通道地址線（000～111對應了8個通道）ALE：地址鎖存允許信號。START：啟動轉換信號。EOC：轉換結束信號。OE：輸出允許信號（允許讀）。CLK：外部時鐘脈沖輸入端，典型值640KHz。VREF(+)、VREF(-)：參考電壓輸入端。Vcc：＋5V電源。GND：地。STARTCLOCK2、ADC0809結構8個輸入通道1個

A/D轉換器分時復用注意：ADC0809在一個時刻只能對一個通道上的模擬量進行A/D轉換STARTCLOCK3、ADC0809的工作流程①②③④4、ADC0809的轉換公式輸出數(shù)據(jù)D：D=VIN

×

(28

－

1)/Vref輸入電壓VIN：VIN=D×

Vref/(28

－

1)練習:ADC0809轉換對ADC0809來說，當Vref=5V時，3.5V模擬量對應的數(shù)字量是多少？對ADC0809來說，當Vref=5V時，若轉換到的數(shù)字量為0x7A，則對應的模擬量是多少？設計轉換電路時，ADC0809應如何與8051連接？ADC0809與單片機的電路連接

CLK可以由單片機的ALE、/WR、/RD信號組合獲得；或者直接由ALE提供。5、ADC0809的操作外部RAM讀時序5、ADC0809的操作ADC0809與單片機的電路連接

CLK可以由單片機的ALE、/WR、/RD信號組合獲得；或者直接由ALE提供。外部RAM寫時序ADC0809與單片機的電路連接通道選通、ALE和START的連接（每個通道一個地址）5、ADC0809的操作ADC0809與單片機的電路連接輸出控制OE的連接（可以和輸入通道共用一個地址）5、ADC0809的操作5、ADC0809的操作計算地址

ADC0809各通道地址確定通道0：0XXXXXXXXXXXX000通道1：0XXXXXXXXXXXX001通道2：0XXXXXXXXXXXX010......ADC轉換的編程控制啟動——等待轉換結束——讀取結果ADC0809編程（查詢方式）#include"reg51.h"#include"absacc.h"#include“intrins.h"#defineIN0XBYTE[0x0000]sbitAD_BUSY=P3^3;voidmain(void){ while(1) { IN0=0; //啟動轉換

_nop_(); //延遲，等待EOC標志變低

_nop_(); _nop_(); while(AD_BUSY==0);//等待AD轉換結束

a=IN0; //讀AD轉換結果

}}外部RAM尋址方式unsignedcharxdataAIN0_at_0x7FFF;#include＜absacc.h＞#defineAIN0XBYTE[0x7FFF]/*將AIN0定義為外部I／O口，地址為0x7FFF,長度為8位*/AIN0=0;//寫操作產生WR信號a=AIN0;//讀操作產生RD信號ADC0809編程對某通道A/D轉換的通用函數(shù)unsignedcharadc0809(unsignedcharchannel){ unsignedcharxdata*ad_adr; unsignedchari; ad_adr=&IN0; ad_adr=ad_adr+channel; *ad_adr=0; _nop_(); _nop_(); while(ad_busy==0); return(*ad_adr);}#defineIN0XBYTE[0x7FFF] /*設置AD0809的通道0地址*/sbitad_busy=P3^3; /*即EOC狀態(tài)。*/voidad0809(ucharidata*x)

/*采樣結果放指針中的A／D采集函數(shù)*/{uchari;ucharxdata*ad_adr;ad_adr=&IN0;for(i=0;i<8;i++) /*處理8通道*/{*ad_adr=0; /*啟動轉換。*/ _nop_(); /*延時等待EOC變低*/ _nop_(); while(ad_busy==0); /*查詢等待轉換結束*/ x[i]=*ad_adr; /*存轉換結果*/ ad_adr++; /*下一通道。*/}}voidmain(void){staticucharidataad[10];ad0809(ad); /*采樣AD0809通道的值*/}例：從ADC0809的8通道輪流采集一次數(shù)據(jù)，采集的結果放在數(shù)組ad中。ADC0809編程（中斷方式）#defineIN0XBYTE[0x7FFF]sbitAD_BUSY=P3^3;unsignedchara;voidINT0_ISR(void)interrupt0{ a=IN0;//讀AD轉換結果

IN0=0;//啟動下次轉換}voidmain(void){unsignedchari=0;IT0=1;EX0=1;EA=1;IN0=0;//啟動轉換

while(1){…..;//數(shù)據(jù)處理

}}ADC0809編程（中斷方式）二、89S51單片機與V/F轉換器的接口目前，利用A/D轉換技術制成的各種測試儀器得到了廣泛應用。在某些要求數(shù)據(jù)長距離傳輸，精確度要求較高的場合，采用一般的A/D轉換技術有多不便，可使用V/F轉換器代替A/D器件。V/F轉換器是把電壓信號轉變?yōu)轭l率信號的器件，有良好的精度、線性和積分輸入特點，此外，它的應用電路簡單，外圍元件性能要求不高，適應環(huán)境能力強，轉換速度不低于一般的雙積分型A/D器件，且價格低，因此V/F轉換技術廣泛用于非快速的A/D轉換過程中。V/F轉換器與單片機接口有以下特點：（1）接口簡單、占用單片機硬件資源少。產生的頻率信號可輸入單片機的一根I/O口線或作為中斷信號輸入及計數(shù)信號輸入等。（2）抗干擾性能好。用V/F轉換器實現(xiàn)A/D轉換，就是頻率計數(shù)的過程，相當于在計數(shù)時間內對頻率信號進行積分，因而有較強的抗干擾能力。另外可采用光電耦合器連接V/F轉換器與單片機之間的通道，實現(xiàn)光電隔離。（3）便于遠距離傳輸?？赏ㄟ^調制進行無線傳輸或光傳輸。用V/F轉換器實現(xiàn)A/D轉換的原理V/F轉換工作原理為：單片機片內的計數(shù)器把V/F轉換器輸出的頻率信號作為計數(shù)脈沖，進行定時計數(shù)。計數(shù)器的計數(shù)值與V/F轉換器輸出的脈沖頻率信號之間的關系為：上式中，D是計數(shù)器計得的值，T是已知的計數(shù)時間。只要知道了D值，再除以計數(shù)的時間T，就可求出V/F轉換器的輸出頻率，從而知道輸入電壓V，實現(xiàn)了A/D轉換。常用V/F轉換器LMX31簡介 常用的通用型的V/F轉換器為LM331，LM331適用于A/D轉換器、高精度F/V變換器、長時間積分器、線性頻率調制或解調器等電路。1、LM331的特性如下：（1）頻率范圍：1～100kHz；（2）低的非線性：±0.01%；（3）單電源或雙電源供電；（4）單電源供電電壓為＋5V時，可保證轉換精度；（5）溫度特性：最大±50ppm/C；（6）低功耗：Vs=5V時為15mW兩種封裝形式2．電特性參數(shù)（1）電源電壓：＋15V（2）輸入電壓范圍：0～10V（3）輸出頻率：10Hz～11kHz（4）非線性失真：±0.03%3．LMX31的V/F轉換外部接線4、V/F轉換器與MCS-51單片機接口被測電壓轉換為與其成比例的頻率信號后送入計算機進行處理。（1）V/F轉換器可以直接與89S51單片機接口。頻率信號接單片機的定時器/計數(shù)器輸入端即可。如下圖所示。（2）在一些電源干擾大、模擬電路部分容易對單片機產生電氣干擾等惡劣環(huán)境中，可采用光電隔離的方法使V/F轉換器與單片機無電信號聯(lián)系。（3）當V/F轉換器與單片機之間距離較遠時需要采用驅