第四章3AD轉(zhuǎn)換器的原理與應用

4.4.1A/D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Vx>Vs,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。整個比較過程一直進行至D0位為止。第四3、A/D轉(zhuǎn)換器和接口技術4.4.2A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標1、量化誤差（QuantizingError）：量化誤差理論上為一個單位分辨率，即±（1/2）LSB。量化誤差是由于有限位數(shù)字對模擬信號值進行量化產(chǎn)生的誤差，與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關。如果A/D轉(zhuǎn)換器是8位的，則該轉(zhuǎn)換器就可以用28個數(shù)對模擬信號進行量化。當該轉(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。也就是說當模擬信號變化±9.75mv時，有可能不會引起數(shù)字量的變化。2、轉(zhuǎn)換精度（ConversionAccuracy）：該指標反映了一個實際的A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想的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)換時間（ConversionTime）：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換時間。4.4.3ADC0809的結(jié)構(gòu)原理

和接口技術一、ADC0809的特性轉(zhuǎn)換器位數(shù)：8位。量化誤差：±（1/2）LSB~±1LSB。工作電壓：5v。功耗：15mW。轉(zhuǎn)換時間：100μs（當工作時鐘為640khz）。二、ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）輸入電路：負責模擬信號的輸入。由一塊8通道的多路模擬開關和一塊地址譯碼電路組成。2）轉(zhuǎn)換電路：負責將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。由A/D轉(zhuǎn)換電路和有關控制電路組成。3）輸出電路：負責將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信息輸出。由一塊8位鎖存器電路組成。三、ADC0809外部引腳1）模擬通道地址線ABC：提供通道地址A0~A2。2）模擬信號輸入線IN0~IN7：提供8路模擬信號。3）模擬通道地址鎖存信號ALE：通過一個正脈沖信號將通道地址線上的地址信息接受下來。ADC0809外部引腳續(xù)一4）A/D轉(zhuǎn)換啟動控制信號START：通過一個正脈沖信號來啟動A/D轉(zhuǎn)換電路工作。5）A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC：開始轉(zhuǎn)換時，輸出一個低電平；當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，輸出一個高電平。6）A/D轉(zhuǎn)換時鐘信號CLK：由外部通過此線提供一個A/D轉(zhuǎn)換時鐘信號，需要64個時鐘信號完成一次轉(zhuǎn)換，頻率范圍為10~1280kHZ。7）A/D轉(zhuǎn)換參考電壓VREF+和VREF-：當模擬信號為正時，用VREF+；當模擬信號為負時，用VREF-

。ADC0809外部引腳續(xù)二8）數(shù)字信息輸出控制信號OE：在該線上輸入一個正脈沖信號，就可以將有關的數(shù)字信息輸出至2-1~2-8。9）數(shù)字信息輸出線2-1~2-8

：輸出數(shù)字信息D7~D0。數(shù)字量與模擬量的關系為：10）電源和接地線VCC和GND四、ADC0809工作時序STARTEOCtEOCABCALEOE2-1~2-8數(shù)據(jù)輸出∫∫時鐘CLK轉(zhuǎn)換時間64個時鐘地址輸出ADC0809的工作過程單片機發(fā)出ADC0809的通道地址和ALE信號，使ADC0809引入模擬信號。單片機發(fā)出一個正脈沖啟動信號給ADC0809的START端，啟動A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC延時tEOC后轉(zhuǎn)入低電平，表示正在A/D轉(zhuǎn)換。tEOC最大值等于8個時鐘周期再加上2μs。如果時鐘頻率為500khz，則tEOC最大值等于8乘2μs，再加2μs，等于18μs。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC轉(zhuǎn)入高電平，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。單片機發(fā)出一個正脈沖啟動信號給ADC0809的OE端，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)線2-1~2-8讀入單片機。例10-4：分析圖題10-4所示的單片機與ADC0809應用系統(tǒng)。10.2.4A/D轉(zhuǎn)換器的應用舉例圖題10-4（一）系統(tǒng)中各部件的功能89C52：單片機。74LS373：地址鎖存器，存放系統(tǒng)低8位地址。74LS138：地址譯碼器，產(chǎn)生系統(tǒng)各部件選片信號。0809：A/D轉(zhuǎn)換器，可輸入8路測試的模擬信號。8255：可編程并行接口，增加系統(tǒng)的并行接口。（二）分析系統(tǒng)中ADC0809的

接口電路1）0809的ABC接系統(tǒng)地址總線A0~A2。2）譯碼器輸出Y4線作為0809的選片信號3）單片機的系統(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信號由譯碼器的Y4、WR產(chǎn)生。5）0809的OE信號由譯碼器的Y4、RD產(chǎn)生。6）0809的EOC信號連接到單片機的INT1上。（三）分析系統(tǒng)中各擴展部件的地址空間各擴展部件的地址空間續(xù)外部數(shù)據(jù)存儲器6264的地址空間：2000H~3FFFH。8255A地址空間：當A12~A2為全1時，A口、B口、C口和控制口地址分別為7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFFH。A/D轉(zhuǎn)換器0809的地址空間：當A12~A3為全1時，接口地址為5FFFH。當A7~A3為全0時，通道0~通道7的地址分別為00H~07H。（四）控制A/D轉(zhuǎn)換的

啟動和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果根據(jù)0809的接口電路，以及其地址空間，如果要啟動0809通道0#的A/D轉(zhuǎn)換，可用以下指令組：MOV DPTR, #5FFFHMOV A, #00HMOVX @DPTR,

A如果單片機要讀取0809A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，則可以執(zhí)行指令“MOVX A,@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個數(shù)據(jù)，將這一些數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲器4200H~42C7H單元中。（設fosc=12Mhz,tEOC為18μs）解：源程序編制如下： MOV DPTR, #5FFFH MOV A, #02H MOV P2, #42H MOV R0, #00H MOV R7, #200LOOP: MOVX@DPTR,A

例10-5ADC0809接口地址設置數(shù)據(jù)區(qū)指針4200H設置數(shù)據(jù)采集個數(shù)200啟動ADC0809設置通道地址例10-5續(xù)

MOV 30H, #09HDELAY: DJNZ 30H, DELAYWAIT: JB P3.3, WAIT MOVX A, @DPTR MOVX @R0, A INC R0 DJNZ R7, LOOPSTOP: SJMP STOP延時19μs，大于tEOC18μs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，采用定時方式在模擬通道6采集256個數(shù)據(jù)，將這一數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲器4600H~46FFH單元中。（設fosc=6Mhz，A/D轉(zhuǎn)換時間為128μs）解：源程序編制如下： MOV DPTR, #5FFFH MOV A, #06H MOV P2, #46H MOV R0, #00H MOV R7, #00HLOOP: MOVX @DPTR, A MOV 30H, #32DELAY: DJNZ 30H, DELAY MOVX A, @DPTR MOVX @R0, A INC R0 DJNZ R7, LOOPSTOP: SJMP STOP例10-6延時129μs，大于128μs。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個數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)存放在外部數(shù)據(jù)存儲器4100H~4109H單元中。解：程序結(jié)構(gòu)設計： 主程序加中斷服務子程序。主程序中初始化，并啟動A/D轉(zhuǎn)換；子程序中讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并啟動下一次A/D轉(zhuǎn)換，一直到10個數(shù)據(jù)采集完畢。例10-7例10-7續(xù)一主程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H LJMP 9000H ORG 0040HMAIN: MOV SP, #70H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV 30H, #10 MOV 31H, #41H MOV 32H, #00H MOV 33H, #5FH MOV 34H, #0FFH MOV DPTR, #5FFFH MOV A, #01H MOVX @DPTR, A …中斷初始化設置數(shù)據(jù)采集計數(shù)器設置數(shù)據(jù)緩沖器指針設置數(shù)據(jù)通道1指針啟動A/D轉(zhuǎn)換例10-7續(xù)二中斷服務子程序 ORG 9000H PUSH ACC PUSH PSW PUSH P2 PUSH DPH PUSH DPL MOV PSW, #08H MOV P2, 31H MOV R0, 32H MOV DPH, 33H MOV DPL, 34H MOVX A, @DPTR MOVX @R0, A DJNZ 30H, NEXT CLR EX1現(xiàn)場保護設置現(xiàn)行工作寄存器在1區(qū)設置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針設置A/D轉(zhuǎn)換器地址指針到A/D