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adc0808中文资料

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11.2。

4典型的集成ADC芯片

为了满足多种需要,目前国内外各半导体器件生产厂家设计并生产出了多种多样的ADC芯片。

仅美国AD公司的ADC产品就有几十个系列、近百种型号之多.从性能上讲，它们有的精度高、速度快,有的则价格低廉.从功能上讲，有的不仅具有A/D转换的基本功能,还包括内部放大器和三态输出锁存器；有的甚至还包括多路开关、采样保持器等，已发展为一个单片的小型数据采集系统。

尽管ADC芯片的品种、型号很多，其内部功能强弱、转换速度快慢、转换精度高低有很大差别，但从用户最关心的外特性看，无论哪种芯片，都必不可少地要包括以下四种基本信号引脚端:

模拟信号输入端（单极性或双极性）;数字量输出端（并行或串行）；转换启动信号输入端；转换结束信号输出端。

除此之外,各种不同型号的芯片可能还会有一些其他各不相同的控制信号端.选用ADC芯片时,除了必须考虑各种技术要求外，通常还需了解芯片以下两方面的特性.

（1）数字输出的方式是否有可控三态输出。

有可控三态输出的ADC芯片允许输出线与微机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后利用读数信号

选通三态门，将转换结果送上总线。

没有可控三态输出（包括内部根本没有输出三态门和虽有三态门、但外部不可控两种情况）的ADC芯片则不允许数据输出线与系统的数据总线直接相连,而必须通过I/O接口与MPU交换信息。

（2）启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平控制式.对脉冲启动转换的ADC芯片，只要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。

一般能和MPU配套使用的芯片，MPU的I/O写脉冲都能满足ADC芯片对启动脉冲的要求。

对电平启动转换的ADC芯片，在转换过程中启动信号必须保持规定的电平不变，否则，如中途撤消规定的电平，就会停止转换而可能得到错误的结果.为此，必须用D触发器或可编程并行I/O接口芯片的某一位来锁存这个电平，或用单稳等电路来对启动信号进行定时变换。

具有上述两种数字输出方式和两种启动转换控制方式的ADC芯片都不少，在实际使用芯片时要特别注意看清芯片说明。

下面介绍两种常用芯片的性能和使用方法.

1。

ADC0808/0809

ADC0808和ADC0809除精度略有差别外（前者精度为8位、后者精度为7位），其余各方面完全相同。

它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑,因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。

利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换,在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛.

1）主要技术指标和特性

（1）分辨率:

8位。

（2）总的不可调误差：

ADC0808为±

LSB，ADC0809为±1LSB.

（3）转换时间:

取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。

（4）单一电源：

+5V。

（5）模拟输入电压范围:

单极性0～5V；双极性±5V，±10V（需外加一定电路）。

（6）具有可控三态输出缓存器。

（7）启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零,下降沿使A/D转换开始。

（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。

2）内部结构和外部引脚

ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图11.19和图11.20所示。

内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：

图11。

19ADC0808/0809内部结构框图

（1）IN0～IN7-—8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接.8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。

（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。

地址信号与选中通道对应关系如表11。

3所示。

（4）VR（+）、VR（-）--正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。

在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时,VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。

图11。

20ADC0808/0809外部引脚图

表11。

3地址信号与选中通道的关系

地址

选中通道

ADDC

ADDB

ADDA

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

（5）ALE--地址锁存允许信号，高电平有效。

当此信号有效时,A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。

在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。

（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。

加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。

如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。

（7）EOC—-转换结束信号，高电平有效.该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平.该信号可作为被CPU查询的状态信号,也可作为对CPU的中断请求信号。

在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端,但在刚加电时需由外电路第一次启动。

（8）OE——输出允许信号，高电平有效。

当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。

在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。

3）工作时序与使用说明

ADC0808/0809的工作时序如图11.21所示。

当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存,这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时）出现.START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内（不定），EOC信号将变低电平,以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平.微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号,打开三态门,读取转换结果。

图11.21ADC0808/0809工作时序

模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行（当然，不能在转换过程中进行），然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成（因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做）。

这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。

在与微机接口时,输入通道的选择可有两种方法,一种是通过地址总线选择,一种是通过数据总线选择。

如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2μs+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。

为此,最好利用EOC上升沿产生中断请求,而不是靠高电平产生中断请求。

2。

AD574A

AD574A是美国AD公司的产品，是目前国际市场上较先进的、价格低廉、应用较广的混合集成12位逐次逼近式ADC芯片.它分6个等级，即AD574AJ、AK、AL、AS、AT、AU，前三种使用温度范围为0～+70℃，后三种为—55~+125℃。

它们除线性度及其他某些特性因等级不同而异外，主要性能指标和工作特点是相同的。

1）主要技术指标和特性

（1）非线性误差：

±1LSB或±

LSB（因等级不同而异）。

（2）电压输入范围：

单极性0~+10V，0～+20V,双极性±5V,±10V。

（3）转换时间：

35μs。

（4）供电电源：

+5V，±15V。

（5）启动转换方式：

由多个信号联合控制，属脉冲式。

（6）输出方式：

具有多路方式的可控三态输出缓存器。

（7）无需外加时钟。

（8）片内有基准电压源。

可外加VR,也可通过将VO（R）与Vi（R）相连而自己提供VR.内部提供的VR为（10.00±0.1）V（max），可供外部使用，其最大输出电流为1.5mA；

（9）可进行12位或8位转换。

12位输出可一次完成，也可两次完成（先高8位，后低4位）.

2）内部结构与引脚功能

AD574A的内部结构与外部引脚如图11.22所示。

从图可见，它由两片大规模集成电路混合而成：

一片为以D/A转换器AD565和10V基准源为主的模拟片，一片为集成了逐次逼近寄存器SAR和转换控制电路、时钟电路、三态输出缓冲器电路和高分辨率比较器的数字片，其中12位三态输出缓冲器分成独立的A、B、C三段,每段4位，目的是便于与各种字长微处理器的数据总线直接相连。

AD574A为28引脚双列直插式封装，各引脚信号的功能定义分述如下：

图11.22AD574A的结构框图与引脚

（1）12/

——输出数据方式选择。

当接高电平时,输出数据是12位字长；当接低电平时，是将转换输出的数变成两个8位字输出。

（2）A0——转换数据长度选择。

当A0为低电平时，进行12位转换；A0为高电平时,则为8位长度的转换.

（3）

——片选信号。

（4）R/

——读或转换选择。

当为高电平时，可将转换后数据读出；当为低电平时,启动转换。

（5）CE-—芯片允许信号，用来控制转换与读操作。

只有当它为高电平时,并且

=0时,R/信号的控制才起作用。

CE和

、R/

、12/

、A0信号配合进行转换和读操作的控制真值表如表11。

4所示。

（6）VCC——正电源，电压范围为0~+16.5V。

（7）Vo（R）——+10V参考电压输出端，具有1.5mA的带负载能力。

表11.4AD574A的转换和读操作控制真值表

12/

操作内容

+5V

DGND

无操作

启动一次12位转换

启动一次8位转换

并行读出12位

读出高8位（A段和B段）

读出C段低4位,并自动后跟4个0

（8）AGND——模拟地.

（9）GND——数字地。

（10）Vi（R）——参考电压输入端.

（11）VEE——负电源，可选加-11.4V～—16.5V之间的电压。

（12）BIPOFF——双极性偏移端，用于极性控制。

单极性输入时接模拟地（AGND），双极性输入时接Vo（R）端.

（13）Vi（10）——单极性0~＋10V范围输入端，双极性±5V范围输入端.

（14）Vi（20）-—单极性0～＋20V范围输入端，双极性±10V范围输入端。

（15）STS——转换状态输出端，只在转换进行过程中呈现高电平，转换一结束立即返回到低电平。

可用查询方式检测此端电平变化,来判断转换是否结束,也可利用它的负跳变沿来触发一个触发器产生IRQ信号,在中断服务程序中读取转换后的有效数据.

从转换被启动并使STS变高电平一直到转换周期完成这一段时间内，AD574A对再来的启动信号不予理睬，转换进行期间也不能从输出数据缓冲器读取数据.

3）工作时序

AD574A的工作时序如图11.23所示.对其启动转换和转换结束后读数据两个过程分别说明如下：

图11.23AD574A的工作时序

（1）启动转换

在

=0和CE=1时，才能启动转换。

由于是

=0和CE=1相与后，才能启动A/D转换,因此实际上这两者中哪一个信号后出现，就认为是该信号启动了转换。

无论用哪一个启动转换，都应使R/C信号超前其200ns时间变低电平.从图11.23可看出，是由CE启动转换的，当R/为低电平时,启动后才是转换,否则将成为读数据操作。

在转换期间STS为高电平，转换完成时变低电平。

（2）读转换数据

在

=0和CE=1且

为高电平时,才能读数据，由12/

决定是12位并行读出，还是两次读出.如图11。

23所示,

或CE信号均可用作允许输出信号，看哪一个后出现，图中为CE信号后出现。

规定A0要超前于读信号至少150ns,

信号超前于CE信号最小可到零。

从表11。

4和图11。

23可看出,AD574A还能以一种单独控制（stand—alone）方式工作：

CE和12/

固定接高电平，

和A0固定接地，只用

来控制转换和读数，

=0时启动12位转换,

=1时并行读出12位数。

具体实现办法可有两种:

正脉冲控制和负脉冲控制。

当使用350ns以上的

正脉冲控制时，有脉冲期间开启三态缓冲器读数，脉冲后沿（下降沿）启动转换。

当使用400ns以上的

负脉冲控制时，则前沿启动转换,脉冲结束后读数。

4）使用方法

AD574A有单极性和双极性两种模拟输入方式.

（1）单极性输入的接线和校准

单极性输入的接线如图11.24（a）所示。

AD574A在单极性方式下，有两种额定的模拟输入范围：

0～+10V的输入接在Vi（10）和AGND间，0～+20V输入接在Vi（20）和AGND间。

R1用于偏移调整（如不需进行调整可把BIPOFF直接接AGND，省去外加的调整电路），R2用于满量程调整（如不需调整，R2可用一个50Ω±1％的金属膜固定电阻代替）。

为使量化误差为±

LSB,AD574A的额定偏移规定为

LSB。

因此在作偏移调整时，使输入电压为

LSB（满量程电压为+10V时是1。

22mV），调R1，使数字输出为000000000000到000000000001的跳变。

在做满量程调整时,是通过施加一个低于满量程值1

LSB的模拟信号进行的，这时调R2以得到从111111111110到111111111111的跳变点。

（2）双极性输入的接线和校准

双极性输入的接线如图11。

24（b）所示。

和单极性输入时一样，双极性时也有两种额定的模拟输入范围:

±5V和±10V。

±5V输入接在Vi（10）和AGND之间；±10V接在Vi（20）和AGND之间。

图11.24AD574A的输入接线图

双极性校准也类似于单极性校准.调整方法是,先施加一个高于负满量程

LSB（对于±5V范围为-4。

9988V）的输入电压，调R1,使输出出现从000000000000到000000000001的跳变；再施加一个低于正满量程1

LSB（对于±5V范围为+4。

9963V）的输入信号，调R2使输出现从111111111110到111111111111的跳变。

如偏移和增益无需调整，则相应的调整电阻也和在单极性中一样，R2可用50±1％Ω的固定电阻代替

串行AD转换芯片与51单片机的接口电路及程序设计

AT89C51单片机系统经常使用A／D转换器。

虽然并行A／D转换器速度高、转换通道多，但其价格高,占用单片机接口资源比串行A／D转换器多。

工业检测控制及智能化仪器仪表中经常采用串行A／D转换器。

ADS1110是一种精密、可连续自校准的串行A／D转换器,带有差分输入和高达16位的分辨率,其串行接口为I2C总线。

AT89C51单片机通过软件模拟I2C总线实现与ADS1110的连接.

ADS1110的特点与内部结构

ADS1110的特点

完整的数据采集系统和小型SOT23—6封装；片内基准电压：

精度2.048V+0.05％；片内可编程增益放大器PGA；片内振荡器；16位分辨率；可编程的转换速率15次／秒～240次／秒；I2C总线接口（8个有效地址）；电源电压2。

7V~5.5V;低电流消耗240μA。

ADS1110的引脚功能

ADS1110串行A／D转换器采用6引脚贴片封装,其引脚排列如图1所示。

VDD：

电源端,通常接+5V;GND：

模拟地和数字地；VIN+、VIN—:

采样模拟信号输入端，其范围为2.048V～2。

048V；SCL：

I2C总线时钟线;SDA：

I2C总线数据线.

ADS1110的内部结构

ADS1110是由带有可调增益的△-∑型转换器内核、2。

048V的电压基准、时钟振荡器和I2C总线接口组成.其内部结构如图2所示。

ADS1110的寄存器读写配置请参考：

ADS110引脚功能,寄存器配置及应用电路介绍

ADS1110的A／D转换器内核是由差分开关电容△-∑调节器和数字滤波器组成.调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较。

数字滤波器接收高速数据流并输出代码，该代码是一个与输入电压成比例的数字,即A／D转换后的数据。

ADS1110片内电压基准是2.048V。

ADS1110只能采用内部电压基准该基准，不能测量，也不用于外部电路.ADS1110片内集成时钟振荡器用于驱动△—∑调节器和数字滤波器。

ADS1110的信号输入端设有可编程增益放大器PGA,其输入阻抗在差分输入时的典型值为2.8MΩ。

硬件设计

由于AT89C51单片机没有I2C总线接口，可通过软件模拟实现与I2C总线器件的连接。

具体方法是将单片机的I／O接口连接至I2C的数据线SDA和时钟线SCL。

通过软件控制时钟和数据传输，系统灵活性强.

图5所示是数据采集显示系统，采集工业现场的4路模拟信号并轮询显示。

采用4个ADS1110作为A／D转换器，地址为ED0～ED3。

具有I2C总线接口的EEPROMAT24C16作为存储器。

本系统有4位LED数码显示管和4个参数设定按键。

采集数据经数字滤波、16进制→工程值转换后，送至数码管轮询显示。

ADS1110和AT24C16的I2C接口连ADSl110数据线SDA至单片机的P1.0,时钟线SCL连接单片机的P1.1，上拉电阻阻值选10kΩ.

软件设计

按照硬件电路,编写A／D转换子程序为ADS0,其中嵌套调用了START，为起始命令子程序，FSDZ1为向ADS1110发送单个字节命令的子程序,ADREAD是读取输出寄存器和配置寄存器的子程序，STOP是停止命令子程序。

ADS0只对地址为ED0的ADS1110读数，如果要读取其他ADS1110，只需更改地址即可。

系统中ADS1110的工作方式选用默认设置,即配置寄存器内容为#8CH，所以程序未向配置寄存器写入数据。

程序代码如下：

5结束语

ADS1110是一款高性价比具有I2C总线接口的串行A／D转换器。

ADS1110已在单片机系统中应用，并用于现场。

实践证明，ADS1110和单片机组成的数据采集系统，占用I／O端口少、功耗低，适用无电源场合.但需注意的是，因I2C总线为串行扩展总线,数据采集时不能用于实时速度要求较高的场合。

　　TLC2543是11个输入端的12位模数转换器，具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简单、价格低等优点，应用前景好。

由于它带有串行外设接口（SPI，Seri－alPeripheralInterface），而51系列单片机没有SPI，因此研究它与51单片机的接口就非常有意义。

1　TLC2543的引脚及功能

　　TLC2543是12位开关电容逐次逼近模数转换器,有多种封装形式,其中DB、DW或N封装的管脚图见图1.引脚的功能简要分类说明如下。

I/OCLOCK:

控制输入输出的时钟，由外部输入。

DATAINPUT:

控制字输入端,用于选择转换及输出数据格式。

　　DATAOUT：

A/D转换结果的输出端。

2　TLC2543的使用方法

2．1　控制字的格式

　　控制字为从DATAINPUT端串行输入的8位数据，它规定了TLC2543要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。

其中高4位（D7~D4）决定通道号，对于0通道至10通道,该4位分别为0000~1010H，当为1011～1101时,用于对TLC2543的自检，分别测试（VREF＋＋VREF－）/2、VREF－、VREF＋的值，当为1110时，TLC2543进入休眠状态。

低4位决定输出数据长度及格式，其中D3、D2决定输出数据长度，01表示输出数据长度为8位,11表示输出数据长度为16位,其他为12位。

D1决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，为0表示高位先送出。

D0决定输出数据是单极性（二进制）还是双极性（2的补码），若为单极性，该位为0，反之为1.

2．2　转换过程

　　上电后，片选CS必须从高到低,才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输入数据寄存器被置为0，输出数据寄存器的内容是随机的。

开始时，CS片选为高，I/OCLOCK、DATAINPUT被禁止，DATAOUT呈高阻状，EOC为高。

使CS变低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能,DATAOUT脱离高阻状态。

12个时钟信号从I/OCLOCK端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从DATAINPUT一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入TLC2543（高位先送入）,同时上一周期转换的A/D数据，即输出数据寄存器中的数据从DATAOUT一位一位地移出.TLC2543收到第4个时钟信号后，通道号也已收到,此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样，并保持到第12个时钟的下降沿。

在第12个时钟下降沿，EOC变低,开始对本次采样的模拟量进行A/D转换，转换时间约需10μs，转换完成后EOC变高,转换的数据在输出数据寄存器中，待下一个工作周期输出。

此后，可以进行新的工作周期.

3　TLC2543与单片机的接口和采集程序

　　目前使用的51系列单片机没有SPI接口，为了与TLC2543接口，可以用软件功能来实现SPI的功能,其硬件接口如图2所示.本示例采用延时进行采集,故省去了EOC引脚的接口。

　　下面是采用C51编写的A/D转换程序.其中port是待采集的模拟量通道号，ad_data是采样值。

delay（）是延时函数,大约为20微秒。

　　模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。

　　无源滤波器：

这种电路主要有无源元件R、L和C组成.

　　有源滤波器:

集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。

集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用.但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。

　　有源滤波自身就是谐波源。

其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。

有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率.其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上，补偿无功细致。

缺点为价格高，容量小。

由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟,所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。

其运行可靠性也不及无源。

　　一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。

这样谐波电流就不会流入系统.无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。

缺点为谐波滤除率一般只有80%，对基波的无功补偿也是一定的.

　　目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有

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