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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
1
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)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±
10V。
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
CE
12/
A0
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。