模-數(shù)轉(zhuǎn)換原理課件

1、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?間接法：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數(shù)器，它又被稱為計數(shù)器式。它的工作特點是：工作速度低，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強。 直接法：通過基準電壓與采樣-保持信號進行比較，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點是：工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。 模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程有四個階段，即采樣、保持、

2、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)換成二進制代碼。 然而，量化和編碼總是需要一

3、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，性價比高而深受單片機愛好者及企業(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數(shù)轉(zhuǎn)換器件系列。ADC0831、ADC0832、

4、ADC0834、ADC0838是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的8位串行I/O模數(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現(xiàn)模數(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256級），可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差

5、，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，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：· 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；· 5V電源供電時輸入電壓在05V之間；· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S；· 一般功耗僅為15mW；· 8P、14PDIP（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°C；圖3 ADC0832引腳

6、圖芯片接口說明：· 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（復用）ADC0832的工作原理： 正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，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與單片機的接口是雙向的

7、，所以在I/O口資源緊張時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行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)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘（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的數(shù)據(jù)信號。在第一個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第二、三個脈沖下沉之前DI端應輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。通道地址通道工作方式說明SGL/DIFODD/SIGN0100+-差分方式01-+10+單端輸入方式11+表

8、1：通道地址設(shè)置表 如表1所示，當此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當兩位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當兩位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第三個脈沖的下降之后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

9、節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(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。ADC08

10、32的工作時序圖4 ADC0832工作時序ADC0832軟硬件設(shè)計實例 通過以上的理論學習之后，對模數(shù)轉(zhuǎn)換應該有了一定的了解，接下來就根據(jù)上文的指導，對ADC0832進行實際應用，以加深印象。本實例功能是將通道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，觀察輸出讀數(shù)。硬件原理圖圖7 硬件原理圖程序流程圖圖8 軟件流程圖 相信看到這里，你應該可以理解我們是如何利用單片機來進行模數(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)的應用程序，如數(shù)字溫度計，濕度傳感應用，壓力傳感應用等等。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習。在下幾期中，我們將陸

11、續(xù)介紹51單片機綜合學習系統(tǒng)的其它功能原理與應用。STC單片機的相關(guān)程序如下：#include <STC12C2052AD.h> /定義的 系統(tǒng)頭文件和全局變量#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DogReset() WDT_CONTR=0x35/ T1 定時 0.1ms.作為系統(tǒng)計時用,#define vT01ms 2#define vT10ms 10#define vT100ms 10#define vT01S 100 / 1 s = 10 m

12、s * 100#define vT0HVal 0xfe /0xff /0xfe /0xf6#define vT0LVal 0x33 /0x9c /0x0c /0x4cuchar code display_AD_channel_ID2 = 0x00,0x01;static unsigned char data CS;uchar data AD_channel_result25; /各通道A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。前是通道號；后是轉(zhuǎn)換的值uint cT01ms;uchar cT10ms;uchar cT100ms;uchar cT01s;uchar THTL;bit OutFlag;void delay_m

13、s(register uint Count) register uchar T; for(;Count>0;Count-) for(T=0;T<80;T+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); DogReset(); void send_char_com(unsigned char OutData) SBUF = OutData; /輸出字符 while(!TI); /空語句判斷字符是否發(fā)完 TI = 0; /清TIvoid send_st

14、ring_com(uchar *str,uchar strlen) uchar i; for(i=strlen; i>0; i-) send_char_com(*str); str+; DogReset(); uchar Ad_Change(uchar channel) uint AD_Result_Temp = 0 ; /-將P1.0-P1.1設(shè)置成適合AD轉(zhuǎn)換的模式 / P1 = 0xff; /將P1口置高，為A/D轉(zhuǎn)換作準備 ADC_CONTR = ADC_CONTR|0x80; /1000,0000打開A/D轉(zhuǎn)換電源 P1M0 = 0x03; /0000，0011用于A/D轉(zhuǎn)換的

15、P1.x口，先設(shè)為開漏 P1M1 = 0x03; /0000，0011P1.0-P1.1先設(shè)為開漏。斷開內(nèi)部上拉電阻 delay_ms(20); /20 ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE0; /1110,0000 清ADC_FLAG,ADC_START位和低3位 ADC_CONTR = ADC_CONTR|(display_AD_channel_IDchannel&0x07); /設(shè)置當前通道號 delay_ms(1); /延時使輸入電壓達到穩(wěn)定 ADC_DATA = 0; /清A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 ADC_LOW2 = 0; ADC_CONTR = ADC_

16、CONTR|0x08; /0000，1000ADCS 1，啟動轉(zhuǎn)換 do DogReset(); while(ADC_CONTR & 0x10)=0); /0001,0000等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE7; /1110,0111清ADC_FLAG位，停止A/D轉(zhuǎn)換 AD_Result_Temp = (AD_Result_Temp|ADC_DATA)<<2)|(ADC_LOW2&0x03); /保存返回AD轉(zhuǎn)換的 結(jié)果 /-轉(zhuǎn)換成可由串口顯示的字符 AD_channel_resultchannel0 = AD_Resu

17、lt_Temp/1000+0x30; AD_channel_resultchannel1 = (AD_Result_Temp%1000)/100+0x30; AD_channel_resultchannel2 = (AD_Result_Temp%100)/10+0x30; AD_channel_resultchannel3 = AD_Result_Temp%10+0x30; /-串口監(jiān)視/ send_char_com(ADC_DATA); /發(fā)送轉(zhuǎn)換 的 到的 值，這里只是 高8位，值的轉(zhuǎn)換需要考慮 / send_char_com(ADC_LOW2); /發(fā)送轉(zhuǎn)換 的 到的 值，這里只是 低2

18、位，值的轉(zhuǎn)換需要考慮/ send_string_com(AD_channel_resultchannel,4); delay_ms(10); / return(ADC_DATA);uchar AD_Filter(void) uchar i; uchar cTemp32; uchar cAverage; for(i=32;i>0;i-) cTempi=Ad_Change(0); cAverage=(cAverage+cTempi)>>1); return(cAverage);void InitCom(unsigned char BaudRate) switch (BaudRat

19、e) case 1: THTL = 64; break; /波特率300 case 2: THTL = 160; break; /600 case 3: THTL = 208; break; /1200 case 4: THTL = 232; break; /2400 case 5: THTL = 244; break; /4800 case 6: THTL = 250; break; /9600 case 7: THTL = 253; break; /19200 case 8: THTL = 255; break; /57600 default: THTL = 208; break; /12

20、00 void Chip_initial(void) IE=0; / 定時器控制字初始化 TMOD=0x21; / 定時器1為方式2，定時器0為方式1 TCON=0x50; / 設(shè)置外部中斷類型 T2CON=0x0d; / 選擇定時器1為波特率發(fā)生器，T2為捕獲工作方式/ ET2=1; ET0=1; / 允許定時器0、定時器2中斷 / 外部中斷設(shè)置 EX0=0; / FFSK中斷初始時關(guān)閉，有載波時再開啟 EX1=0; IT1=1; / 外部中斷0、1均為下降沿觸發(fā) IT0=1; / 啟動定時器0 TH0=vT0HVal; / 啟動定時器0 TL0=vT0LVal; TR0=1; InitCo

21、m(6); /設(shè)置波特率為9600 1-7波特率30019200 SCON = 0x50; /串口方式1,允許接收 TH1 = THTL; TL1 = THTL; PCON = 0x80; /波特率加倍控制,SMOD位 RI = 0; /清收發(fā)標志 TI = 0; TR1 = 1; /啟動定時器 IP=0x02; /PT2=1 IPH=0x02; /PT2H=1,PT0H=1 EA=1; delay_ms(10); / 延時是為了避免定時器0無法產(chǎn)生中斷的問題void Para_initial(void) OutFlag=0; cT01ms = vT01ms; cT10ms = vT10ms;/ cT100ms = vT100ms; cT01s = vT01S; CS = 0;