第四章3AD轉(zhuǎn)換器的原理與應(yīng)用

1、4.4.1 A/D4.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理先將n位寄存器的最高位Dn-1置1。n位D/A轉(zhuǎn)換器將寄存器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。該模擬量與輸入的模擬量比較。若VxVs,則保留此位，否則清零。依次將寄存器Dn-2位置1，把1）4）的操作步驟走一遍。整個(gè)比較過(guò)程一直進(jìn)行至D0位為止。第四第四3 3、A/DA/D轉(zhuǎn)換器和接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器和接口技術(shù)4.4.2 A/D4.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1、量化誤差、量化誤差（Quantizing Error）：量化誤差理論上為一個(gè)單位分辨率，即（1/2）LSB。量化誤差是由于有限位數(shù)字對(duì)模擬信號(hào)值進(jìn)行量化產(chǎn)生的誤差，與

2、A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。如果A/D轉(zhuǎn)換器是8位的，則該轉(zhuǎn)換器就可以用28個(gè)數(shù)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化。當(dāng)該轉(zhuǎn)換器的滿量程電壓為5v，則該轉(zhuǎn)換器的分辨率為5/28，等于19.5mv。量化誤差為9.75mv。 也就是說(shuō)當(dāng)模擬信號(hào)變化9.75mv時(shí)，有可能不會(huì)引起數(shù)字量的變化。2、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換精度（Conversion Accuracy）：該指標(biāo)反映了一個(gè)實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想的A/D轉(zhuǎn)換器比較產(chǎn)生的誤差，它由A/D轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量決定。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間（Conversion Time）：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。4.4.3 ADC08094.4.3 ADC0809的結(jié)構(gòu)

3、原理的結(jié)構(gòu)原理和接口技術(shù)和接口技術(shù)一、一、ADC0809ADC0809的特性的特性l轉(zhuǎn)換器位數(shù)：8位。l量化誤差：（1/2）LSB1LSB。l工作電壓：5v。l功耗：15mW。l轉(zhuǎn)換時(shí)間：100s（當(dāng)工作時(shí)鐘為640khz）。二、二、ADC0809ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）輸入電路：負(fù)責(zé)模擬信號(hào)的輸入。由一塊8通道的多路模擬開關(guān)和一塊地址譯碼電路組成。2）轉(zhuǎn)換電路：負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由A/D轉(zhuǎn)換電路和有關(guān)控制電路組成。3）輸出電路：負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信息輸出。由一塊8位鎖存器電路組成。三、三、ADC0809ADC0809外部引腳外部引腳1）模擬通道地址線ABC：提供通道地址

4、A0A2。2）模擬信號(hào)輸入線IN0IN7：提供8路模擬信號(hào)。3）模擬通道地址鎖存信號(hào)ALE：通過(guò)一個(gè)正脈沖信號(hào)將通道地址線上的地址信息接受下來(lái)。ADC0809ADC0809外部引腳續(xù)一外部引腳續(xù)一4）A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制信號(hào)START：通過(guò)一個(gè)正脈沖信號(hào)來(lái)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換電路工作。5）A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC：開始轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出一個(gè)低電平；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，輸出一個(gè)高電平。6）A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)CLK：由外部通過(guò)此線提供一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)，需要64個(gè)時(shí)鐘信號(hào)完成一次轉(zhuǎn)換，頻率范圍為101280kHZ。7）A/D轉(zhuǎn)換參考電壓VREF+和VREF-：當(dāng)模擬信號(hào)為正時(shí)，用VREF+；當(dāng)模擬信號(hào)為負(fù)時(shí)，用V

5、REF- 。ADC0809ADC0809外部引腳續(xù)二外部引腳續(xù)二8）數(shù)字信息輸出控制信號(hào)OE：在該線上輸入一個(gè)正脈沖信號(hào)，就可以將有關(guān)的數(shù)字信息輸出至2-12-8。9）數(shù)字信息輸出線2-12-8 ：輸出數(shù)字信息D7D0。數(shù)字量與模擬量的關(guān)系為：10）電源和接地線VCC和GNDREFINVV255B四、四、ADC0809ADC0809工作時(shí)序工作時(shí)序STARTEOCtEOCABCALEOE2-12-8數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘CLK轉(zhuǎn)換時(shí)間64個(gè)時(shí)鐘地址輸出ADC0809ADC0809的工作過(guò)程的工作過(guò)程l單片機(jī)發(fā)出ADC0809的通道地址和ALE信號(hào)，使ADC0809引入模擬信號(hào)。l單片機(jī)發(fā)出一個(gè)正脈沖啟動(dòng)

6、信號(hào)給ADC0809的START端，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。l轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC延時(shí)tEOC后轉(zhuǎn)入低電平，表示正在A/D轉(zhuǎn)換。ltEOC最大值等于8個(gè)時(shí)鐘周期再加上2s。如果時(shí)鐘頻率為500khz，則tEOC最大值等于8乘2s，再加2s，等于18s。l當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC轉(zhuǎn)入高電平，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。l單片機(jī)發(fā)出一個(gè)正脈沖啟動(dòng)信號(hào)給ADC0809的OE端，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。lA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)線2-12-8讀入單片機(jī)。例例10-410-4：分析圖題10-4所示的單片機(jī)與ADC0809應(yīng)用系統(tǒng)。10.2.4 A/D10.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用舉例圖題10-4（一）系統(tǒng)中各

7、部件的功能（一）系統(tǒng)中各部件的功能l89C52：?jiǎn)纹瑱C(jī)。l74LS373：地址鎖存器，存放系統(tǒng)低8位地址。l74LS138：地址譯碼器，產(chǎn)生系統(tǒng)各部件選片信號(hào)。l0809：A/D轉(zhuǎn)換器，可輸入8路測(cè)試的模擬信號(hào)。l8255：可編程并行接口，增加系統(tǒng)的并行接口。（二）分析系統(tǒng)中（二）分析系統(tǒng)中ADC0809ADC0809的的接口電路接口電路1）0809的ABC接系統(tǒng)地址總線A0A2。2）譯碼器輸出Y4線作為0809的選片信號(hào)3）單片機(jī)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與0809的數(shù)字信息數(shù)據(jù)線連接4）0809的START和ALE信號(hào)由譯碼器的Y4、WR產(chǎn)生。5）0809的OE信號(hào)由譯碼器的Y4、RD產(chǎn)生。6）080

8、9的EOC信號(hào)連接到單片機(jī)的INT1上。（三）分析系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的（三）分析系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的地址空間地址空間各擴(kuò)展部件的地址空間續(xù)各擴(kuò)展部件的地址空間續(xù)l外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的地址空間：2000H3FFFH。l8255A地址空間：當(dāng)A12A2為全1時(shí)，A口、B口、C口和控制口地址分別為7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFFH。lA/D轉(zhuǎn)換器0809的地址空間：當(dāng)A12A3為全1時(shí)，接口地址為5FFFH。當(dāng)A7A3為全0時(shí)，通道0通道7的地址分別為00H07H。（四）控制（四）控制A/DA/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果啟動(dòng)和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果根據(jù)0809的接口電路，以及其地址空間，如果

9、要啟動(dòng)0809通道0#的A/D轉(zhuǎn)換，可用以下指令組：MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#00HMOVXDPTR, A如果單片機(jī)要讀取0809A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，則可以執(zhí)行指令“MOVXA,DPTR”。根據(jù)圖題10-4，試采用查詢方式編一程序使模擬通道2#采集200個(gè)數(shù)據(jù)，將這一些數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4200H42C7H單元中。（設(shè)fosc=12Mhz, tEOC為18s）解：源程序編制如下： MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#02HMOVP2,#42HMOVR0,#00HMOVR7,#200LOOP:MOVX DPTR, A例例10-510-5ADC0809接口地址設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)指針4

10、200H設(shè)置數(shù)據(jù)采集個(gè)數(shù)200啟動(dòng)ADC0809設(shè)置通道地址例例10-510-5續(xù)續(xù) MOV30H,#09HDELAY: DJNZ 30H,DELAYWAIT: JBP3.3,WAIT MOVX A,DPTR MOVX R0,A INCR0 DJNZ R7,LOOPSTOP: SJMP STOP延時(shí)19s，大于tEOC 18s查詢EOC狀態(tài)讀取ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果根據(jù)圖題10-4，試編一程序，采用定時(shí)方式在模擬通道6采集256個(gè)數(shù)據(jù)，將這一數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4600H46FFH單元中。 （設(shè)fosc=6Mhz，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s） 解：源程序編制如下

11、： MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#06HMOVP2,#46HMOVR0,#00HMOVR7,#00HLOOP:MOVX DPTR, AMOV30H,#32DELAY: DJNZ 30H,DELAY MOVX A,DPTR MOVX R0,A INCR0 DJNZ R7,LOOPSTOP: SJMP STOP例例10-610-6延時(shí)129s，大于128s。根據(jù)圖題10-4，試編一程序，采用中斷的方式在模擬通道1采集10個(gè)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4100H4109H單元中。 解：程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：主程序加中斷服務(wù)子程序。主程序中初始化，并啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換；子程序中讀取A/D轉(zhuǎn)換的

12、結(jié)果，并啟動(dòng)下一次A/D轉(zhuǎn)換，一直到10個(gè)數(shù)據(jù)采集完畢。例例10-710-7例例10-710-7續(xù)一續(xù)一主程序ORG0000HLJMPMAINORG0013HLJMP9000HORG0040HMAIN:MOVSP,#70HSETBIT1SETBEX1SETBEAMOV30H,#10MOV31H,#41HMOV32H,#00HMOV33H,#5FHMOV34H,#0FFHMOVDPTR,#5FFFHMOVA,#01HMOVXDPTR,A中斷初始化設(shè)置數(shù)據(jù)采集計(jì)數(shù)器設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖器指針設(shè)置數(shù)據(jù)通道1指針啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換例例10-710-7續(xù)二續(xù)二中斷服務(wù)子程序ORG9000HPUSHACCPUSHPSWPUSHP2PUSHDPHPUSHDPLMOVPSW,#08HMOVP2,31HMOVR0,32HMOVDPH,33HMOVDPL,34HMOVXA,DPTRMOVXR0,ADJNZ30H,NEXTCLREX1現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)設(shè)置現(xiàn)行工作寄存器在1區(qū)設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器地址指針到A/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)存放