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、ADC0832、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0~5V之间。具有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,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0~5V之间; · 工作频率为250KHZ,转换时间为32μS; · 一般功耗仅为15mW;
· 8P、14P—DIP(双列直插)、PICC 多种封装;
· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C,工业级芯片温宽为-40°C to +85°C;
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 SGL/DIF 0 0 1 1
ODD/SIGN
0 1 0 1
0 + - +
+ 通道
1 - +
工作方式说明 差分方式 单端输入方式
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-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0—5V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。本实例调试前要先将功能选择开关调到ADC0832位置上,如图5,图6所示。
图5 ADC0832实验演示图
图6 ADC0832实验演示图
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。
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容