单片机模数转换器精.ppt
单片机课件模数转换器第1 页，本讲稿共29 页A D 转换器接口技术 模数(AD)转换电路的种类很多，例如，计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。选择AD 转换器件主要是从速度、精度和价格上考虑。我们主要学习后二种典型A D 电路芯片与8051 单片机的接口以及程序设计方法。逐次逼近法A D 转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A D 转换器件。双积分A D 变换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度慢。近年来在微机应用领域中也得到广泛应用。第2 页，本讲稿共29 页一、逐次逼近型A D 转换器原理 逐次逼近法A D 转换器是一种速度较快、精度较高的A D 转换器，它是通过最高位DN1至最低位D0的逐次检测来逼近被转换的输入电压。第3 页，本讲稿共29 页一个N 位的逐次逼近法A D 转换器的原理图如下所示：第4 页，本讲稿共29 页其转换原理如下：l 在启动信号控制下置数控制逻辑电路置N 位寄存器最高位DN-1为l，其余位清0，N 位寄存器的内容经D A 转换后得到整个量程 半的模拟电压Vn，与输入电压Vx 比较。l 若Vx Vn 时，则保留DN-1=1，l 若Vx Vn 时,则DN-1清0。l 然后，控制逻辑使寄存器下一位DN-2置1,与上次的结果一起经D A 转换后与Vx 比较，重复上述过程,直至判别出D0 取1 还是0 为止，此时DONE 发出信号表示转换结束。第5 页，本讲稿共29 页l 这样，经过N 次比较后，N 位寄存器的状态就是转换后的数字量，经输出缓冲器读出。l 整个转换过程就是这样对分搜索比较逼近实现的，其转换速度由时钟频率决定，一般在几微秒到上百微秒之间。l 例如ADC0809，当时钟频率为640kHz 时，转换时间为64s。第6 页，本讲稿共29 页二、双积分A D 转换器原理 双积分A D 转换器是基于间接测量原理，将被测电压值Vx 转换成时间常数，由测量时间常数得到未知电压值的，第7 页，本讲稿共29 页其原理见下图所示：第8 页，本讲稿共29 页l 所谓双积分，就是进行一次A D 转换需要二次积分。定时积分：控制门通过电子开关把被测电压Vx 加到积分器的输入端，在固定时间T0 内对Vx 积分，积分输出终值与Vx 成正比；控制门将电子开关切换到极性与Vx 相反的基准电压Vr 上，进行反相积分，由于基准电压Vr 恒定，所以积分输出将按T0期间积分的值以恒定的斜率下降(称定值积分),由比较器检测积分输出过零时，停止积分器工作。第9 页，本讲稿共29 页反相积分的时间Tx 与定值积分的初值(即定时积分的终值)成比例关系，故可以通过测量反相积分时间Tx 计算出Vx，即：Vx=(Tx/T0)Vr反相积分时间T1 由计数器对时钟脉冲计数得到。第10 页，本讲稿共29 页下图表示出了两种不同输入电压(Vx V)的积分情况：显然V 值小，在T0 定时积分期间积分器输出终值也就小，而下降斜率相同，故反相积分时间T也就小。第11 页，本讲稿共29 页l 由于双积分方法二次积分时间比较长。所以A D 转换速度慢，但精度可以做得比较高；l 对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。l 目前国内外双积分A/D 转换器集成电路芯片很多，大部分是应用于数字测量仪器上。l 适用单片机接口的有3位半双积分A D 转换器MC14433(精度相当于1l 位二进制数)和4位半双积分A D 转换器ICL7135(精度相当于14位二进制数)。第12 页，本讲稿共29 页三、A D 转换器的主要技术指标 l 1 分辨率(Resolution)对于ADC 来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中n 为ADC 的位数。例如：具有12位分辨率的ADC 能够分辨出满刻度的1212或满刻度的0.0245 一个10v满刻度的12位ADC 能够分辨输入电压变化的最小值为24mv。第13 页，本讲稿共29 页2 转换速率(Conversion Rate)ADC 的转换速率就是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D 转换所需的时间(包括稳定时间)是转换速率的倒数。第14 页，本讲稿共29 页 3 线性度(Linearity)l 线性度有时又称为非线性度(Non-Linearity)，它是指转换器实际的转移函数与理想直线的最大偏移。l 理想直线可以通过理想的转移函数的所有点来描述。l ADC 的线性度如图所示，l 其典型值是土1 2LSB。第15 页，本讲稿共29 页9.4 MCS-51 单片机与A/D 转换器接口 一、ADC0809 A D 转换芯片 ADC0809是CMOS工艺、采用逼近法的8 位A D转换芯片，l 28 引脚双列直插式封装，片内除A D 转换部分外还有多路模拟开关部分。l 有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A D 转换器进行转换。第16 页，本讲稿共29 页ADC0809 的内部结构逻辑图 第17 页，本讲稿共29 页引脚功能说明 l IN0 IN7：8 路输入通道的模拟输入端。l DB0 一DB7：8 位数字量输出端。l START：启动信号。加上正脉冲后，A D 转换开始进行。l ALE：地址锁存信号，高电平时把三个地址信号送入地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。l ADDA、ADDB、ADDC：地址线 第18 页，本讲稿共29 页l EOC：转换结束信号，是芯片的输出信号。转换开始后，EOC 信号变低；转换结束时。EOC 返回高电平。这个信号可以作为A D 转换器的状态信号来查询。也可以直接用作中断请求信号。l OE：输出允许控制端。l CLK：时钟信号，最高允许值为640kHz。l Vref(+)、Vref(-)，：A D 转换器的参考电压。l Vcc：电源电压。由于是CMOS芯片，允许的电源范围较宽，可从十5 十15V。第19 页，本讲稿共29 页8 位模拟开关的地址输入通道的关系：ADDC ADDB ADDA输入通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7第20 页，本讲稿共29 页ADC0809 的时序图:第21 页，本讲稿共29 页l 在ALE 1期间，模拟开关的地址(ADDA，ADDB，ADDC)存入地址锁存器；l 在ALE O 时，地址锁存。输入启动信号START 的上升沿复位ADC0809，它的下降沿启动A D 转换。l EOC 为输出的转换结束信号，正在转换时为“0”，转换结束时为“1”。l OE 为输出允许控制端，在转换完成后用来打开输出三态门，以便从0809输出这次转换结果。第22 页，本讲稿共29 页 二、ADC0809 与8031 接口 l ADC0809 与8031 连接可采用查询方式，也可采用中断方式，图为中断方式连接电路图。l 由于ADC0809 片内有三态输出锁存器，因此可直接与803l 接口。这里将ADC0809 作为一个外部扩展并行IO 口，采用线选法寻址l 由P2 7和WR 联合控制启动转换信号端(START)和ALE 端，低三位地址线加到ADC0809 的ADDA、B、C端，l 所以选中ADC0809 的IN0 通道的地址为7FF8H。第23 页，本讲稿共29 页中断方式连接电路图第24 页，本讲稿共29 页l 送通道号地址到ADDA、B、C，由ALE信号锁存通道号地址。l 让START 有效启动A D 转换即执行一条MOVX DPTR，A 指令,产生WR 信号，使ALE、START 有效，锁存通道号并启动A D 转换。l A D 转换完毕，EOC 端发出一正脉冲。l 最后执行MOVX A，DPTR 产生RD 信号使OE 端有效，打开输出锁存器三态门，8位数据就读入CPU 的累加器A 中。启动ADC0809 的工作过程:第25 页，本讲稿共29 页
