第三講：AD轉(zhuǎn)換器(ADC)、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用

1、第三講：A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 艾慶生一、A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理 A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過程通過取樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。 1. 取樣和保持 取樣（也稱采樣）是將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。其過程如圖 31 所示。圖中Ui(t)為輸入模擬信號(hào)，S(t)為采樣脈沖， 為取樣后的輸出信號(hào)。圖 31 取樣過程 在取樣脈沖作用期內(nèi)，取樣開關(guān)接通，使 ，在其它時(shí)間（TS-）內(nèi)，輸出=0。因此，每經(jīng)過一個(gè)取樣周期， 對(duì)輸入信號(hào)取樣一次，在輸出端便

2、得到輸入信號(hào)的一個(gè)取樣值。為了不失真地恢復(fù)原來的輸入信號(hào)，根據(jù)取樣定理，一個(gè)頻率有限的模擬信號(hào)，其取樣頻率fS必須大于等于輸入模擬信號(hào)包含的最高頻率fmax的兩倍，即取樣頻率必須滿足： 模擬信號(hào)經(jīng)采樣后，得到一系列樣值脈沖。采樣脈沖寬度一般是很短暫的，在下一個(gè)采樣脈沖到來之前，應(yīng)暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在取樣電路之后須加保持電路。圖32（a）是一種常見的取樣保持電路， 場效應(yīng)管V為采樣門，電容C為保持電容，運(yùn)算放大器為跟隨器，起緩沖隔離作用。在取樣脈沖S(t)到來的時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管V導(dǎo)通，輸入模擬量Ui(t)向電容充電；假定充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于，那么C上的充電電壓能及時(shí)

3、跟上Ui(t)的采樣值。采樣結(jié)束，V迅速截止，電容C上的充電電壓就保持了前一取樣時(shí)間的輸入U(xiǎn)i(t)的值，一直保持到下一個(gè)取樣脈沖到來為止。 當(dāng)下一個(gè)取樣脈沖到來，電容C上的電壓 再按輸入U(xiǎn)i(t)變化。 在輸入一連串取樣脈沖序列后，取樣保持電路的緩沖放大器輸出電壓Uo（t）便得到如圖32（b）所示的波形。 (a) 取樣保持電原理圖 (b) 輸出波形圖 圖 32 取樣保持電路及輸出波形2. 量化和編碼 輸入的模擬電壓經(jīng)過取樣保持后，得到的是階梯波。由于階梯的幅度是任意的，將會(huì)有無限個(gè)數(shù)值，因此該階梯波仍是一個(gè)可以連續(xù)取值的模擬量。另一方面，由于數(shù)字量的位數(shù)有限，只能表示有限個(gè)數(shù)值(n位數(shù)字量只

4、能表示2n個(gè)數(shù)值)。因此，用數(shù)字量來表示連續(xù)變化的模擬量時(shí)就有一個(gè)類似于四舍五入的近似問題。必須將取樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個(gè)過程稱為量化。指定的離散電平稱為量化電平。用二進(jìn)制數(shù)碼來表示各個(gè)量化電平的過程稱為編碼。兩個(gè)量化電平之間的差值稱為量化間隔S，位數(shù)越多，量化等級(jí)越細(xì)，S就越小。取樣保持后未量化的Uo值與量化電平Uq值通常是不相等的，其差值稱為量化誤差， 即=Uo-Uq。量化的方法一般有兩種：只舍不入法和有舍有入法。 1) 只舍不入法 它是將取樣保持信號(hào)Uo不足一個(gè)S的尾數(shù)舍去，取其原整數(shù)。如圖 33（a）是采用了只舍不入法。區(qū)域（3）中Uo=3.6V時(shí)將它歸并到Uq

5、=3V的量化電平，因此，編碼后的輸出為 011。這種方法總為正值，maxS。 2) 有舍有入法 當(dāng)Uo的尾數(shù)S/2時(shí)，用舍尾取整法得其量化值；當(dāng)Uo的尾數(shù)S/2時(shí)，用舍尾入整法得其量化值。如圖33（b）采用了有舍有入法。區(qū)域（3）中Uo=3.6 V，尾數(shù)0.6 VS/2=0.5V, 因此, 歸化到Uq=4V, 編碼后為100 。區(qū)域（5）中Uo=4.1V， 尾數(shù)小于 0.5V,歸化到 4V, 編碼后為 100。這種方法可為正，也可為負(fù)，但是|max|=S/2?？梢?，它要比第一種方法誤差要小。 a) 只舍不入法 (b) 有舍有入法二、A/D轉(zhuǎn)換器的主要電路形式 ADC電路分成直接法和間接法兩大類

6、。 直接法是通過一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較，從而直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。 間接法是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成時(shí)間t或頻率f, 然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)，一般在測試儀表中用的較多。 1. 計(jì)數(shù)斜波式A/D轉(zhuǎn)換器 圖 34 計(jì)數(shù)斜波式ADC 2. 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器(Successive approximation register type (SAR) 圖 35 逐次逼近式ADC 這種轉(zhuǎn)換器是將轉(zhuǎn)換的模擬電壓Ui與一系列的基準(zhǔn)電壓比較。比較是從高位到低位逐位進(jìn)行的，并依次確定

7、各位數(shù)碼是 1 還是 0。 轉(zhuǎn)換開始前， 先將逐位逼近寄存器（SAR）清 0， 開始轉(zhuǎn)換后，控制邏輯將逐位逼近寄存器（SAR）的最高位置 1，使其輸出為 100000，這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓Uo，送至比較器與輸入U(xiǎn)i比較。若UoUi，說明寄存器輸出的數(shù)碼大了，應(yīng)將最高位改為0（去碼），同時(shí)設(shè)次高位為 1；若UoUi，說明寄存器輸出的數(shù)碼還不夠大，因此，需將最高位設(shè)置的 1 保留（加碼），同時(shí)也設(shè)次高位為 1。然后，再按同樣的方法進(jìn)行比較，確定次高位的1是去掉還是保留（即去碼還是加碼）。這樣逐位比較下去， 一直到最低位為止，比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)化后的數(shù)字輸出。例如

8、，一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬電壓Ui=163mV, 逐位逼近寄存器（SAR）的數(shù)字量為八位。表 3-1 Ui=163mV的逐次比較過程 圖 36 Ui=163mV逐次比較Uo波形圖 3. 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換原理是先將模擬電壓Ui轉(zhuǎn)換成與其大小成正比的時(shí)間間隔T，再利用基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖通過計(jì)數(shù)器將T變換成數(shù)字量。圖 37是雙積分型ADC的原理框圖，它由積分器，零值比較器，時(shí)鐘控制門G和計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)定時(shí)電路）等部分構(gòu)成。 圖 37 雙積分ADC原理框圖 積分器：由運(yùn)算放大器和RC積分網(wǎng)絡(luò)組成，這是轉(zhuǎn)換器的核心。它的輸入端接開關(guān)S，開關(guān)S受觸發(fā)器Fn的控制，當(dāng)Qn=0 時(shí)，S接輸入電壓+U

9、i，積分器對(duì)輸入信號(hào)電壓+Ui（正極性）積分（正向積分）；當(dāng)Qn=1 時(shí)，S接基準(zhǔn)電壓-UR（負(fù)極性），積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓-UR積分（負(fù)向積分）。 因此，積分器在一次轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行兩次方向相反的積分。 積分器輸出Uo接零值比較器。 零值比較器：當(dāng)積分器輸出Uo0時(shí)，比較器輸出UC=1；當(dāng)積分器輸出Uo>0時(shí)，比較器輸出UC=0。零值比較器輸出UC作為控制門G的門控信號(hào)。 時(shí)鐘控制門G：時(shí)鐘控制門G有兩個(gè)輸入端，一個(gè)接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖源CP，另一個(gè)接零值比較器輸出UC。當(dāng)零值比較器輸出UC=1 時(shí)，G門開，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖通過G門加到計(jì)數(shù)器；當(dāng)零值比較器輸出UC=0時(shí)，G門關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖不能通過G

10、門加到計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)定時(shí)電路）： 它由n+1個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器Fn-1F1F0構(gòu)成n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器Fn實(shí)現(xiàn)對(duì)S的控制。 計(jì)數(shù)定時(shí)電路在啟動(dòng)脈沖的作用下，全部觸發(fā)器被置0，觸發(fā)器Fn輸出Qn=0，使開關(guān)S接輸入電壓+Ui，同時(shí)n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)（設(shè)電容C上初始值為0，并開始正向積分， 則此時(shí)Uo0，比較器輸出UC=1，G門開）。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)入 2n個(gè)脈沖后，觸發(fā)器Fn-1F1F0狀態(tài)由 11111回到00000，F(xiàn)n-1(Qn-1)觸發(fā)Fn，使Qn=1，發(fā)出定時(shí)控制信號(hào)，使開關(guān)轉(zhuǎn)接至-UR，觸發(fā)器Fn-1F1F0再從00000開始計(jì)數(shù)，并開始負(fù)向積分，Uo逐

11、步上升。當(dāng)積分器輸出Uo0時(shí)，零值比較器輸出UC=0，G門關(guān)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，完成一個(gè)轉(zhuǎn)換周期，把與輸入模擬信號(hào)+Ui平均值成正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 圖 38 雙積分ADC工作波形 取樣階段：在啟動(dòng)脈沖作用下，將全部觸發(fā)器置0，由于觸發(fā)器Fn輸出Qn=0，使開關(guān)S接輸入電壓+Ui，A/D轉(zhuǎn)換開始， +Ui加到積分器的輸入端后，積分器對(duì)+Ui進(jìn)行正向積分。由于此時(shí)Uo0，比較器輸出UC=1，G門開，n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，一直到t=T1=2nTCP（TCP為時(shí)鐘周期）時(shí)，觸發(fā)器Fn-1F1F0狀態(tài)回到 00000，而觸發(fā)器Fn由 0 翻轉(zhuǎn)為 1，由于Qn=1，使開關(guān)轉(zhuǎn)接至-UR，至此，取

12、樣階段結(jié)束，可求 其中=RC為積分時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)+Ui為正極性不變常量時(shí)，Uo（T1）值為 比較階段：開關(guān)轉(zhuǎn)至-UR后，積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行負(fù)向積分，積分器輸出為 當(dāng)Uo0 時(shí)，零值比較器輸出UC=0，G門關(guān)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，完成一個(gè)轉(zhuǎn)換周期。假設(shè)此時(shí)計(jì)數(shù)器已記錄了個(gè)脈沖， 則 可求得 由上式可見，計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)與輸入電壓+Ui成正比， 計(jì)數(shù)器記錄個(gè)脈沖后的狀態(tài)就表示了+Ui的數(shù)字量的二進(jìn)制代碼，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。 這種A/D轉(zhuǎn)換器具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，其轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)RC無關(guān)，從而消除了由于斜波電壓非線性帶來的誤差，允許積分電容在一個(gè)較寬范圍內(nèi)變化，而不影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。其次，由于輸入信號(hào)

13、積分的時(shí)間較長，且是一個(gè)固定值T1，而T2正比于輸入信號(hào)在T1內(nèi)的平均值，這對(duì)于疊加在輸入信號(hào)上的干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。最后，這種A/D轉(zhuǎn)換器不必采用高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源，它只要求時(shí)鐘源在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期（T1+T2）內(nèi)保持穩(wěn)定即可。這種轉(zhuǎn)換器被廣泛應(yīng)用于要求精度較高而轉(zhuǎn)換速度要求不高的儀器中。 4. 并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器 并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的電原理圖如圖10-16所示。它由電壓比較器，寄存器和編碼器三部分構(gòu)成。 電壓比較器：電壓比較器由電阻分壓器和七個(gè)比較器構(gòu)成。在電阻分壓器中，量化電平依據(jù)有舍有入法進(jìn)行劃分，電阻鏈把參考電壓UR分壓，得到從1/16UR到13/16UR之間七個(gè)量化電平，量

14、化單位為=(2/16)UR=(1/8)UR。然后，把這七個(gè)量化電平分別接到七個(gè)電壓比較器C6C0的負(fù)輸入端，作為比較基準(zhǔn)。同時(shí)，將模擬輸入U(xiǎn)IN接到七個(gè)電壓比較器的正輸入端，與這七個(gè)量化電平進(jìn)行比較。若UIN大于比較器的參考電平，則比較器的輸出Ci=1，否則Ci=0。 圖 39 并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器 寄存器：由七個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，將比較結(jié)果暫時(shí)寄存，以供編碼用。 編碼器：由六個(gè)與非門構(gòu)成。將比較器送來的七位二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成三位二進(jìn)制代碼D2、D1、D0。編碼網(wǎng)絡(luò)的邏輯關(guān)系為 表32 模擬輸入、比較器輸出與編碼輸出對(duì)照表例如，假設(shè)模擬輸入U(xiǎn)IN=3.8V，UR=8V。當(dāng)模擬

15、輸入U(xiǎn)IN=3.8V加到各級(jí)比較器時(shí)，由于 因此，比較器的輸出C6C0為0001111。在時(shí)鐘脈沖作用下，比較器的輸出存入寄存器，經(jīng)編碼網(wǎng)絡(luò)輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果：D2D1D0=100。這也就是并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程。 由上述分析可知，并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度很快，其轉(zhuǎn)換速度實(shí)際上取決于器件的速度和時(shí)鐘脈沖的寬度。但電路復(fù)雜，對(duì)于一個(gè)n位二進(jìn)制輸出的并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需 n-1個(gè)電壓比較器和2n-1個(gè)觸發(fā)器，編碼電路也隨n的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。其轉(zhuǎn)換精度將受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。 因此， 這種轉(zhuǎn)換器適用于高速， 精度較低的場合。 三、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 1

16、. 分辨率 分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。從理論上講，一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)輸出的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個(gè)不同量級(jí)，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小差異為 （滿量程輸入的1/2n）。 例如，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為 12 位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬信號(hào)為 10V，則其分辨率為 分辨率= 2. 轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間是從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差很大。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒左右；逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較

17、快，轉(zhuǎn)換速度在幾十微秒；并聯(lián)型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒時(shí)間。 3. 相對(duì)精度 在理想情況下，輸入模擬信號(hào)所有轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上，但實(shí)際的特性不能做到輸入模擬信號(hào)所有轉(zhuǎn)換點(diǎn)在一條直線上。相對(duì)精度是指實(shí)際的轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差，一般用最低有效位來表示。例如，10 位二進(jìn)制數(shù)輸出的A/D轉(zhuǎn)換器AD571，在室溫（+25）和標(biāo)準(zhǔn)電源電壓（U+=+5V，U-=-15V）的條件下，轉(zhuǎn)換誤差 。當(dāng)使用環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)換誤差也將發(fā)生變化，實(shí)際使用中應(yīng)加以注意。 四、 八位集成ADC0809 圖 310 ADC0809電原理和引腳圖1. 八路模擬開關(guān)及地址的鎖存和譯碼 ADC0809通

18、過IN0IN7可輸入八路單端模擬電壓。ALE將三位地址線ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通八路模擬輸入中的某一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，地址譯碼與選通輸入的關(guān)系如表 3-3所示。 表 3-3 地址譯碼選通表 2. 八位D/A轉(zhuǎn)換器 ADC0809內(nèi)部由樹狀開關(guān)和256R電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成八位D/A轉(zhuǎn)換器，其輸入為逐次近似寄存器SAR的八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，輸出為UST，變換器的參考電壓為UR(+)和UR(-)。 3. 逐次近似寄存器SAR和比較器 在比較前，SAR為全 0，變換開始，先使SAR的最高位為1，其余仍為0，此數(shù)字控制樹狀開關(guān)輸出UST，UST和模擬輸入U(xiǎn)IN送比較器進(jìn)行比較。若U

19、STUIN，則比較器輸出邏輯0， SAR的最高位由 1 變?yōu)?；若USTUIN，則比較器輸出邏輯 1SAR的最高位保持 1。此后，SAR的次高位置 1，其余較低位仍為 0，而以前比較過的高位保持原來值。再將UST和UIN進(jìn)行比較。此后的過程與上述類似，直到最低位比較完為止。 4. 三態(tài)輸出寄存器轉(zhuǎn)換結(jié)束后，SAR的數(shù)字送三態(tài)輸出鎖存器，以供讀出。 5. 引腳功能 IN0IN7：模擬輸入。 UR(+)和UR(-)：基準(zhǔn)電壓的正端和負(fù)端，由此施加基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓的中心點(diǎn)應(yīng)在UCC/2附近，其偏差不應(yīng)超過±0.1V。 ADDC、ADDB、ADDA： 模擬輸入端選通地址輸入。 ALE： 地

20、址鎖存允許信號(hào)輸入， 高有效。 D7D0：數(shù)碼輸出。 OE：輸出允許信號(hào)，高有效。即當(dāng)OE=1時(shí)，打開輸出鎖存器的三態(tài)門，將數(shù)據(jù)送出。 CLK： 時(shí)鐘脈沖輸入端。一般在此端加500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。 START：啟動(dòng)信號(hào)。為了啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換過程，應(yīng)在此引腳加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將內(nèi)部寄存器全部清 0，在其下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換過程。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)。在START信號(hào)上升沿之后 18 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，EOC信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)可以讀出時(shí)，EOC變?yōu)楦唠娖健?6. 主要技術(shù)指標(biāo)分辨率： 八位。 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 100s。 功耗： 15mW。電源： 5V。 7. 工作時(shí)序

21、圖 311ADC0809工作時(shí)序圖 五：A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)(ADC0809)(一)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誂/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)接口的方法；了解A/D芯片0809轉(zhuǎn)換性能及編程方法。(二)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用綜合實(shí)驗(yàn)儀上的0809做A/D轉(zhuǎn)換器，綜合實(shí)驗(yàn)儀上的電位器提供模擬量輸入，編制程序，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過8155鍵顯區(qū)數(shù)碼管顯示出來。(三)、實(shí)驗(yàn)器材： 1、超想-3000TB綜合實(shí)驗(yàn)儀 1 臺(tái) 2、KEIL仿真器 1 臺(tái) 3、連線 若干 根 4、計(jì)算機(jī) 1 臺(tái)(四)、實(shí)驗(yàn)原理： A/D轉(zhuǎn)換器的功能主要是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如電壓、電流、溫度測量等都屬于這種轉(zhuǎn)換。本實(shí)驗(yàn)中采用的轉(zhuǎn)換器為ADC

22、0809，它是一個(gè)8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)8個(gè)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100S。其工作過程如下：首先由地址鎖存信號(hào)ALE的上升沿將引腳ADDA、ADDB和ADDC上的信號(hào)鎖存到地址寄存器內(nèi),用以選擇模擬量輸入通道；START信號(hào)的下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器開始工作；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，AD0809使EOC引腳由低電平變成高電平，程序可以通過查詢的方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，也可以通過中斷方式讀取結(jié)果。CLOCK為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘輸入端，頻率為100KHz-1.2MHz，推薦值為640KHz。 (五)、程序框圖：開 始0809初始化顯示08090通道采樣(六)、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、設(shè)定仿真模式為程序空間在仿真器上，

23、數(shù)據(jù)空間在用戶板上，即點(diǎn)擊設(shè)置下的仿真模式，在RAM區(qū)選中用戶RAM，ROM區(qū)選中系統(tǒng)ROM（注：本書中的實(shí)驗(yàn)除另行說明外，均與此相同）。把AD0809的零通道09IN0孔用連線接至模擬信號(hào)發(fā)生器的VIN孔，AD0809的片選信號(hào)CS09孔接“譯碼器”YC2（0A000-0AFFFH）孔，“脈沖源”中的0.5MHZ孔連AD0809的CLOCK孔。2、編寫程序，并編譯通過。本程序使用查詢的方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的指令后設(shè)置斷點(diǎn)，運(yùn)行程序，在斷點(diǎn)處檢查并讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，數(shù)據(jù)是否與VIN相對(duì)應(yīng)。修改程序中錯(cuò)誤，使顯示值隨VIN變化而變化。(七)、接線圖案：(八)、思考問題： 1、試編寫

24、循環(huán)采集8路模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換程序；2、以十進(jìn)制方式顯示。(九)、實(shí)驗(yàn)程序： OUTBIT equ 0e101h ; 位控制口 CLK164 equ 0e102h ; 段控制口(接164時(shí)鐘位) DAT164 equ 0e102h ; 段控制口(接164數(shù)據(jù)位) IN equ 0e103h ; 鍵盤讀入口 LEDBuf equ 40h ; 顯示緩沖 org 0000h mov sp,#60h mov dptr,#0e100h ;8155初始化 mov a,#03h movx dptr,a mov 40h,#00h ;顯示緩沖器初始化 mov 41h,#08h mov 42h,#00h mov

25、 43h,#09h mov 44h,#00h mov 45h,#00hLOOP1: MOV R7,#40VI: lcall DISPLAY DJNZ R7,VI mov a,#00h mov dptr,#0a000h ;0809AD的通道開始轉(zhuǎn)換嗎? movx dptr,a mov r7,#0fhloop2:djnz r7,loop2 movx a,dptr mov r0,#45h ;拆字 lcall ptds sjmp loop1ptds: mov r1,a lcall ptds1 mov a,r1 swap aptds1: anl a,#0fh mov r0,a dec r0 retDel

26、ay: mov r7, #0 ; 延時(shí)子程序DelayLoop: djnz r7, DelayLoop djnz r6, DelayLoop retDISPLAY: setb 0d3h mov r0, #LEDBuf mov r1, #6 ; 共6個(gè)八段管 mov r2, #00100000b ; 從左邊開始顯示Loop: mov dptr, #OUTBIT mov a, #00h movx dptr, a ; 關(guān)所有八段管 mov a, r0 mov dptr,#LEDmap movc a,a+dptr mov B, #8 ; 送164DLP: rlc a mov r3, a mov acc

27、.0, c anl a,#0fdh mov dptr, #DAT164 movx dptr, a mov dptr, #CLK164 orl a,#02h movx dptr, a anl a,#0fDh movx dptr, a mov a, r3 djnz B, DLP mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a ; 顯示一位八段管 mov r6, #1 call Delay mov a, r2 ; 顯示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, Loop mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx dp

28、tr, a clr 0d3h ; 關(guān)所有八段管 retLEDMAP: ; 八段管顯示碼 db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71h END六、A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用作業(yè)：將“實(shí)驗(yàn) ：A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)”的兩位16進(jìn)制顯示改為十進(jìn)制顯示（為簡單起見，只顯示兩位十進(jìn)制）。參考答案：分析：本實(shí)驗(yàn)獲得的A/D數(shù)據(jù)是8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)（兩位16進(jìn)制），結(jié)果在A寄存器里，原程序直接將其送到數(shù)據(jù)區(qū)顯示，較為簡單，但讀數(shù)的直觀性不好；本作業(yè)就是解決此問題，即將00HFFH的16進(jìn)制表示改為0.05.0的

29、十進(jìn)制表示。 解決方法采用“查表法”，即建立兩個(gè)表格，一個(gè)是16進(jìn)制“個(gè)位數(shù)”所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)表格，一個(gè)是16進(jìn)制“十位數(shù)”所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)表格，然后將A里的兩位16進(jìn)制數(shù)據(jù)分別查表，換成相對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)，再相加，最后送出去顯示。 下面通過程序框圖，看看原程序與改動(dòng)以后的程序有哪些不同。;“驗(yàn)證式”實(shí)驗(yàn)四 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) OUTBIT equ 0e101h ; 位控制口 CLK164 equ 0e102h ; 段控制口(接164時(shí)鐘位) DAT164 equ 0e102h ; 段控制口(接164數(shù)據(jù)位) IN equ 0e103h ; 鍵盤讀入口 LEDBuf equ 40h

30、 ; 顯示緩沖;* org 0000h mov sp,#60h mov dptr,#0e100h ;8155初始化 mov a,#03h movx dptr,a mov 40h,#0 ;顯示緩沖器初始化 mov 41h,#0 mov 42h,#0 mov 43h,#0 mov 44h,#0 mov 45h,#0LOOP1: MOV R7,#100VI: lcall DISPLAY DJNZ R7,VI mov a,#00h mov dptr,#0a000h ;0809AD的通道開始轉(zhuǎn)換嗎? movx dptr,a mov r7,#0fhloop2:djnz r7,loop2 movx a,dp

31、trlcall V_Disp sjmp loop1;*Delay: mov r7, #0 ; 延時(shí)子程序DelayLoop: djnz r7, DelayLoop djnz r6, DelayLoop ret;*DISPLAY:setb 0d3h mov r0, #LEDBuf mov r1, #6 ; 共6個(gè)八段管 mov r2, #00100000b ; 從左邊開始顯示Loop: mov dptr, #OUTBIT mov a, #00h movx dptr, a ; 關(guān)所有八段管 mov a, r0 mov dptr,#LEDmap movc a,a+dptr mov B, #8 ; 送

32、164DLP: rlc a mov r3, a mov acc.0, c anl a,#0fdh mov dptr, #DAT164 movx dptr, a mov dptr, #CLK164 orl a,#02h movx dptr, a anl a,#0fDh movx dptr, a mov a, r3 djnz B, DLP mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a ; 顯示一位八段管 mov r6, #1 call Delay mov a, r2 ; 顯示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, Loop mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx dptr, a clr 0d3h ; 關(guān)所有八段管 ret;*; 八段管顯示碼LEDMAP: DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh DB 0bfh,86h,0dbh,0cfh