模数转换原理.docx

1、模数转换原理模-数转换原理 ADC的转换原理根据ADC的电路形式有所不同。 ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。 ADC电路的形式很多，通常可以并为两类： 间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。这种通常是采用时钟脉冲计数器，它又被称为计数器式。它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。 直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。 模数转换的过程有四个阶段，即

2、采样、保持、量化和编码。 采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。 量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。 我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。 然而，量化和编

3、码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号的过程。在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。两者合称采样保持器。八位串行A/D转换器ADC0832简介 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC083X是市面上常见的串行模数转换器件系列。ADC0831、AD

4、C0832、ADC0834、ADC0838是具有多路转换开关的8位串行I/O模数转换器，转换速度较高（转换时间32uS），单电源供电，功耗低（15mW），适用于各种便携式智能仪表。本章以ADC0832为例，介绍其使用方法。 ADC0832是8脚双列直插式双通道A/D转换器，能分别对两路模拟信号实现模数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。8位的分辨率（最高分辨可达256级），可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。具有双数据输出可作为数据校验，以

5、减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 ADC0832 具有以下特点： 8位分辨率； 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为-40C to +85C；图3 ADC0832引脚图芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1，或作为

6、IN+/-使用。 GND 芯片参考零电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）ADC0832的工作原理： 正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时使用并与单片机的接口是双向的，所以在I/O口资源紧张时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直

7、到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第一个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前DI端应输入两位数据用于选择通道功能。通道地址通道工作方式说明SGL/DIFODD/SIGN0100+-差分方式01-+10+单端输入方式11+表1：通道地址设置表 如表1所示，当此两位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当两位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN

8、-进行输入。当两位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出Data0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进

9、行处理就可以了。时序说明请参照图4。 作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，即（5/256）V。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。ADC0832的工作时序图4 ADC0832工作时序ADC0832软硬件设计实例 通过以上的理论学习之后，对模数转换应该有了一定的了解，接下来就根据上文的指导，对ADC0832进行实际应用，以加深印象。本实例功能是将通道1上采样到的电压显

10、示在LED数码管上，通过改变通道1的输入电压变化，观察输出读数。硬件原理图图7 硬件原理图程序流程图图8 软件流程图 相信看到这里，你应该可以理解我们是如何利用单片机来进行模数转换的处理了，你也可以根据自己的需要来写些AD模数转换相关的应用程序，如数字温度计，湿度传感应用，压力传感应用等等。由于篇幅有限，读者朋友可以通过网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中，我们将陆续介绍51单片机综合学习系统的其它功能原理与应用。STC单片机的相关程序如下：#include /定义的 系统头文件和全局变量#include #define uchar unsigned char#define uint un

11、signed int#define DogReset() WDT_CONTR=0x35/ T1 定时 0.1ms.作为系统计时用,#define vT01ms 2#define vT10ms 10#define vT100ms 10#define vT01S 100 / 1 s = 10 ms * 100#define vT0HVal 0xfe /0xff /0xfe /0xf6#define vT0LVal 0x33 /0x9c /0x0c /0x4cuchar code display_AD_channel_ID2 = 0x00,0x01;static unsigned char data

12、 CS;uchar data AD_channel_result25; /各通道A/D转换结果。前是通道号；后是转换的值uint cT01ms;uchar cT10ms;uchar cT100ms;uchar cT01s;uchar THTL;bit OutFlag;void delay_ms(register uint Count) register uchar T; for(;Count0;Count-) for(T=0;T0; i-) send_char_com(*str); str+; DogReset(); uchar Ad_Change(uchar channel) uint AD

13、_Result_Temp = 0 ; /-将P1.0-P1.1设置成适合AD转换的模式 / P1 = 0xff; /将P1口置高，为A/D转换作准备 ADC_CONTR = ADC_CONTR|0x80; /1000,0000打开A/D转换电源 P1M0 = 0x03; /0000，0011用于A/D转换的P1.x口，先设为开漏 P1M1 = 0x03; /0000，0011P1.0-P1.1先设为开漏。断开内部上拉电阻 delay_ms(20); /20 ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE0; /1110,0000 清ADC_FLAG,ADC_START位和低3位 ADC_C

14、ONTR = ADC_CONTR|(display_AD_channel_IDchannel&0x07); /设置当前通道号 delay_ms(1); /延时使输入电压达到稳定 ADC_DATA = 0; /清A/D转换结果寄存器 ADC_LOW2 = 0; ADC_CONTR = ADC_CONTR|0x08; /0000，1000ADCS 1，启动转换 do DogReset(); while(ADC_CONTR & 0x10)=0); /0001,0000等待A/D转换结束 ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE7; /1110,0111清ADC_FLAG位，停止A/D转换

15、AD_Result_Temp = (AD_Result_Temp|ADC_DATA)0;i-) cTempi=Ad_Change(0); cAverage=(cAverage+cTempi)1); return(cAverage);void InitCom(unsigned char BaudRate) switch (BaudRate) case 1: THTL = 64; break; /波特率300 case 2: THTL = 160; break; /600 case 3: THTL = 208; break; /1200 case 4: THTL = 232; break; /24

16、00 case 5: THTL = 244; break; /4800 case 6: THTL = 250; break; /9600 case 7: THTL = 253; break; /19200 case 8: THTL = 255; break; /57600 default: THTL = 208; break; /1200 void Chip_initial(void) IE=0; / 定时器控制字初始化 TMOD=0x21; / 定时器1为方式2，定时器0为方式1 TCON=0x50; / 设置外部中断类型 T2CON=0x0d; / 选择定时器1为波特率发生器，T2为捕获工

17、作方式/ ET2=1; ET0=1; / 允许定时器0、定时器2中断 / 外部中断设置 EX0=0; / FFSK中断初始时关闭，有载波时再开启 EX1=0; IT1=1; / 外部中断0、1均为下降沿触发 IT0=1; / 启动定时器0 TH0=vT0HVal; / 启动定时器0 TL0=vT0LVal; TR0=1; InitCom(6); /设置波特率为9600 1-7波特率30019200 SCON = 0x50; /串口方式1,允许接收 TH1 = THTL; TL1 = THTL; PCON = 0x80; /波特率加倍控制,SMOD位 RI = 0; /清收发标志 TI = 0;

18、 TR1 = 1; /启动定时器 IP=0x02; /PT2=1 IPH=0x02; /PT2H=1,PT0H=1 EA=1; delay_ms(10); / 延时是为了避免定时器0无法产生中断的问题void Para_initial(void) OutFlag=0; cT01ms = vT01ms; cT10ms = vT10ms;/ cT100ms = vT100ms; cT01s = vT01S; CS = 0; /设置CS为0不选任何的音源，如为1则选第1路void system_initial(void) Chip_initial(); Para_initial(); DogRese

19、t(); / 已针对 STC89C58RD+ 作修改.06-04-06void main(void) system_initial(); while(1) DogReset(); if(OutFlag) OutFlag=0; send_char_com(AD_Filter(); void Trint0(void) interrupt 1 using 1 TR0=0; / 时基1mS TH0=vT0HVal; TL0=vT0LVal; TR0=1; TF0=0; if(!(-cT01ms) cT01ms=vT01ms; if(!(-cT10ms) cT10ms=vT10ms; if(!(-cT0

20、1s) cT01s=vT01S; OutFlag=1; void ComInINT(void) interrupt 4 if (RI) /判断是不收完字符 switch(SBUF) case 0x61: CS = 1; break; /根据SBUF设置CS接收abcde调试方便 case 0x62: CS = 2; break; case 0x63: CS = 3; break; case 0x64: CS = 4; break; case 0x65: CS = 0; break; P1 = 255; /P1口全为高电平，4-7通过反相为低不选任何音源，0-3为高用于读取按键 RI = 0; /RI清零