第五章單片機(jī)外部資源擴(kuò)充-1 AD轉(zhuǎn)換zxl

第五章MCS-51單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口單片機(jī)與應(yīng)用ADC：AnalogtoDigitalConverter隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)領(lǐng)域中，為提高系統(tǒng)性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理無不廣泛地采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量（如：溫度、速度、壓力、電壓、電流、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收。這樣就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路－模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D:AnalogtoDigitalConverter)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A:DigitaltoAnalogConverter)。也就出現(xiàn)了單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A）的接口問題。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本概念

ADC：AnalogtoDigitalConverter物理量電信號(hào)傳感器電壓信號(hào)I-V轉(zhuǎn)換Q-V轉(zhuǎn)換F-V轉(zhuǎn)換如：溫度、速度、壓力、電壓、電流、圖像等等如：電壓、電流、電荷、頻率數(shù)字信號(hào)ADC1、ADC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖采樣保持電路模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路控制電路和數(shù)字接口電路時(shí)鐘模擬電壓輸入Vin參考電壓Vref2、ADC的主要技術(shù)指標(biāo)

量化間隔

量化間隔反映ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的最小分度值，是ADC反應(yīng)轉(zhuǎn)換精度的指標(biāo)。其中n為ADC的位數(shù)，通常稱為ADC的分辨率；常見ADC的分辨率為8位、10位、12位、16位等，高端ADC可以達(dá)到24位甚至更高；轉(zhuǎn)換速率（Ksps，Msps）

轉(zhuǎn)換速率是通常指ADC每秒中可以完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，一般以1Msps為界，分為高速型和低速型。通常等于參考電壓3、ADC的分類

按轉(zhuǎn)換方式分：并行式雙積分型逐次逼近型（SAR）過采樣型（∑-Δ）

按接口方式分：并行接口（并行總線）串行接口（IIC、SPI總線）A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口具有硬、軟件相依性。一般來說，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)處理方法以及時(shí)鐘的連接等。ADC0809ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片

ADC0809具有8個(gè)模擬量輸入通道

ADC0809只有1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路

ADC0809完成一次A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間約為100us

ADC0809必須外接時(shí)鐘信號(hào)才能工作1、ADC0809的引腳8位A/D轉(zhuǎn)換器（28PIN）IN0－IN7：8個(gè)模擬通道輸入端。ADDC、ADDB、ADDA：通道地址線（000～111對(duì)應(yīng)了8個(gè)通道）ALE：地址鎖存允許信號(hào)。START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。OE：輸出允許信號(hào)（允許讀）。CLK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端，典型值640KHz。VREF(+)、VREF(-)：參考電壓輸入端。Vcc：＋5V電源。GND：地。STARTCLOCK2、ADC0809結(jié)構(gòu)8個(gè)輸入通道1個(gè)

A/D轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用注意：ADC0809在一個(gè)時(shí)刻只能對(duì)一個(gè)通道上的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換STARTCLOCK3、ADC0809的工作流程①②③④4、ADC0809的轉(zhuǎn)換公式輸出數(shù)據(jù)D：D=VIN

×

(28

－

1)/Vref輸入電壓VIN：VIN=D×

Vref/(28

－

1)練習(xí):ADC0809轉(zhuǎn)換對(duì)ADC0809來說，當(dāng)Vref=5V時(shí)，3.5V模擬量對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是多少？對(duì)ADC0809來說，當(dāng)Vref=5V時(shí)，若轉(zhuǎn)換到的數(shù)字量為0x7A，則對(duì)應(yīng)的模擬量是多少？設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路時(shí)，ADC0809應(yīng)如何與8051連接？ADC0809與單片機(jī)的電路連接

CLK可以由單片機(jī)的ALE、/WR、/RD信號(hào)組合獲得；或者直接由ALE提供。5、ADC0809的操作外部RAM讀時(shí)序5、ADC0809的操作ADC0809與單片機(jī)的電路連接

CLK可以由單片機(jī)的ALE、/WR、/RD信號(hào)組合獲得；或者直接由ALE提供。外部RAM寫時(shí)序ADC0809與單片機(jī)的電路連接通道選通、ALE和START的連接（每個(gè)通道一個(gè)地址）5、ADC0809的操作ADC0809與單片機(jī)的電路連接輸出控制OE的連接（可以和輸入通道共用一個(gè)地址）5、ADC0809的操作5、ADC0809的操作計(jì)算地址

ADC0809各通道地址確定通道0：0XXXXXXXXXXXX000通道1：0XXXXXXXXXXXX001通道2：0XXXXXXXXXXXX010......ADC轉(zhuǎn)換的編程控制啟動(dòng)——等待轉(zhuǎn)換結(jié)束——讀取結(jié)果ADC0809編程（查詢方式）#include"reg51.h"#include"absacc.h"#include“intrins.h"#defineIN0XBYTE[0x0000]sbitAD_BUSY=P3^3;voidmain(void){ while(1) { IN0=0; //啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

_nop_(); //延遲，等待EOC標(biāo)志變低

_nop_(); _nop_(); while(AD_BUSY==0);//等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束

a=IN0; //讀AD轉(zhuǎn)換結(jié)果

}}外部RAM尋址方式unsignedcharxdataAIN0_at_0x7FFF;#include＜absacc.h＞#defineAIN0XBYTE[0x7FFF]/*將AIN0定義為外部I／O口，地址為0x7FFF,長度為8位*/AIN0=0;//寫操作產(chǎn)生WR信號(hào)a=AIN0;//讀操作產(chǎn)生RD信號(hào)ADC0809編程對(duì)某通道A/D轉(zhuǎn)換的通用函數(shù)unsignedcharadc0809(unsignedcharchannel){ unsignedcharxdata*ad_adr; unsignedchari; ad_adr=&IN0; ad_adr=ad_adr+channel; *ad_adr=0; _nop_(); _nop_(); while(ad_busy==0); return(*ad_adr);}#defineIN0XBYTE[0x7FFF] /*設(shè)置AD0809的通道0地址*/sbitad_busy=P3^3; /*即EOC狀態(tài)。*/voidad0809(ucharidata*x)

/*采樣結(jié)果放指針中的A／D采集函數(shù)*/{uchari;ucharxdata*ad_adr;ad_adr=&IN0;for(i=0;i<8;i++) /*處理8通道*/{*ad_adr=0; /*啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。*/ _nop_(); /*延時(shí)等待EOC變低*/ _nop_(); while(ad_busy==0); /*查詢等待轉(zhuǎn)換結(jié)束*/ x[i]=*ad_adr; /*存轉(zhuǎn)換結(jié)果*/ ad_adr++; /*下一通道。*/}}voidmain(void){staticucharidataad[10];ad0809(ad); /*采樣AD0809通道的值*/}例：從ADC0809的8通道輪流采集一次數(shù)據(jù)，采集的結(jié)果放在數(shù)組ad中。ADC0809編程（中斷方式）#defineIN0XBYTE[0x7FFF]sbitAD_BUSY=P3^3;unsignedchara;voidINT0_ISR(void)interrupt0{ a=IN0;//讀AD轉(zhuǎn)換結(jié)果

IN0=0;//啟動(dòng)下次轉(zhuǎn)換}voidmain(void){unsignedchari=0;IT0=1;EX0=1;EA=1;IN0=0;//啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

while(1){…..;//數(shù)據(jù)處理

}}ADC0809編程（中斷方式）二、89S51單片機(jī)與V/F轉(zhuǎn)換器的接口目前，利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)制成的各種測(cè)試儀器得到了廣泛應(yīng)用。在某些要求數(shù)據(jù)長距離傳輸，精確度要求較高的場(chǎng)合，采用一般的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)有多不便，可使用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D器件。V/F轉(zhuǎn)換器是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)的器件，有良好的精度、線性和積分輸入特點(diǎn)，此外，它的應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，外圍元件性能要求不高，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度不低于一般的雙積分型A/D器件，且價(jià)格低，因此V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)廣泛用于非快速的A/D轉(zhuǎn)換過程中。V/F轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口有以下特點(diǎn)：（1）接口簡(jiǎn)單、占用單片機(jī)硬件資源少。產(chǎn)生的頻率信號(hào)可輸入單片機(jī)的一根I/O口線或作為中斷信號(hào)輸入及計(jì)數(shù)信號(hào)輸入等。（2）抗干擾性能好。用V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，就是頻率計(jì)數(shù)的過程，相當(dāng)于在計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行積分，因而有較強(qiáng)的抗干擾能力。另外可采用光電耦合器連接V/F轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間的通道，實(shí)現(xiàn)光電隔離。（3）便于遠(yuǎn)距離傳輸。可通過調(diào)制進(jìn)行無線傳輸或光傳輸。用V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的原理V/F轉(zhuǎn)換工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)片內(nèi)的計(jì)數(shù)器把V/F轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖頻率信號(hào)之間的關(guān)系為：上式中，D是計(jì)數(shù)器計(jì)得的值，T是已知的計(jì)數(shù)時(shí)間。只要知道了D值，再除以計(jì)數(shù)的時(shí)間T，就可求出V/F轉(zhuǎn)換器的輸出頻率，從而知道輸入電壓V，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。常用V/F轉(zhuǎn)換器LMX31簡(jiǎn)介 常用的通用型的V/F轉(zhuǎn)換器為LM331，LM331適用于A/D轉(zhuǎn)換器、高精度F/V變換器、長時(shí)間積分器、線性頻率調(diào)制或解調(diào)器等電路。1、LM331的特性如下：（1）頻率范圍：1～100kHz；（2）低的非線性：±0.01%；（3）單電源或雙電源供電；（4）單電源供電電壓為＋5V時(shí)，可保證轉(zhuǎn)換精度；（5）溫度特性：最大±50ppm/C；（6）低功耗：Vs=5V時(shí)為15mW兩種封裝形式2．電特性參數(shù)（1）電源電壓：＋15V（2）輸入電壓范圍：0～10V（3）輸出頻率：10Hz～11kHz（4）非線性失真：±0.03%3．LMX31的V/F轉(zhuǎn)換外部接線4、V/F轉(zhuǎn)換器與MCS-51單片機(jī)接口被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為與其成比例的頻率信號(hào)后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。（1）V/F轉(zhuǎn)換器可以直接與89S51單片機(jī)接口。頻率信號(hào)接單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入端即可。如下圖所示。（2）在一些電源干擾大、模擬電路部分容易對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生電氣干擾等惡劣環(huán)境中，可采用光電隔離的方法使V/F轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)無電信號(hào)聯(lián)系。（3）當(dāng)V/F轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)之間距離較遠(yuǎn)時(shí)需要采用驅(qū)