《单片机原理与应用》课件(32)

课程名称,计算机工程系 教师姓名,项目8 数字电压表设计,本项目学习目标： 1、制作一个基于单片机控制的数字电压表系统 2、了解A/D转换器的基本工作原理及特性 3、了解A/D转换器的技术指标 4、掌握常用A/D芯片与单片机的接口方法 5、掌握A/D转换程序设计方法,A/D转换器能把输入的模拟信号转换成数字形式。根据A/D电路的工作原理可以分为：双积分A/D转换器，一般具有精度高，抗干扰性好，价格便宜等优点，但转换速度慢，广泛用于数字仪表中。逐次逼近比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中。并行A/D转换器。这是一种用编码技术实现的高速A/D转换器。,转换器的内部电路较复杂，这一小节我们讨论ADC0809与MCS-51的接口和程序设计方法。 1、技术指标（1）分辨率。通常用数字量的位数表示，如8位，10位，12位，16位分辨率等。分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。,是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。,（2）量程。即所能转换的电压范围，如5伏、10伏等。,（3）精度。有绝对精度和相对精度两种表示方法。常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位，如精度为±1/2LSB，而用百分比来表示满量程时的相对误差，如±0.05%。,精度指的是转换后所得结果相对于实际值的准确度，而分辨率指的是能对转换结果发生影响的最小输入量。分辨率很高者可能由于温度漂移，线性不良等原因而并不具有很高的精度。,（4）转换时间。不同的输入幅度会引起转换时间的差异，转换时间的指标中，它应当是最长转换时间的典型值。在选择器件时，要根据应用的需要和成本来具体地对这一项加以考虑，还要同时考虑数据传输过程中，转换器件的结构和特点。,有的器件虽然转换时间比较长，但是对控制信号有门锁的功能，所以在整个转换时间内并不需要外部硬件来支持它的工作，CPU和其它硬件可以在它完成转换以前去处理别的事件而不必等待；,而有的器件虽然转换时间不算太长，但是在整个转换时间内必须由外部硬件提供连续的控制信号，因而要求CPU处于等待状态或者要求另加硬设备来支持其工作。,（5）输出逻辑电平。多数与TTL电平配合。在考虑数字输出量与微型机数据总线的关系时，还要对其它一些有关问题加以考虑，如：是否要用三态逻辑输出，采用何种编码制式，是否需要对数据进行闩锁。,（6）工作温度范围。由于温度会对运算放大器和加权电阻网络等产生影响，所以只有在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。较好的转换器件的工作温度为-4085，较差者为070。（7）对参考电压的要求。从前面叙述过的工作原理中我们可以看到ADC或DAC都需要一定精度的参考电压源。因此要考虑转换器件是否要具有内部参考电压，或还是需要外接参考电源。,2、集成ADCADC0809芯片及其接口设计,、集成A/D转换器ADC0809,集成的ADC0809的A/D是一个八通道多路开关，单片CMOS模/数转换器。每个通道均能转换出8位数字量。它是逐次逼近比较型转换器，包括一个高阻抗斩波比较器，一个带有256个电阻分压器的树状开关网络；一个控制逻辑环节和八位逐次逼近数码寄存器；最后输出级有一个八位三态输出锁存器。,ADC0809芯片主要性能,分辨率为位； 精度：ADC0809小于±1LSB 单+5V供电，模拟输入电压范围为05V； 具有锁存控制的路输入模拟开关； 可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容； 功耗为15mW； 不必进行零点和满度调整； 转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：101280KHz。典型值为时钟频率640KHz，转换时间约为100S。,ADC0809的内部结构及引脚功能,八个输入模拟量受多路开关地址寄存器控制，当选中某路时，该路模拟信号Vx进入比较器与D/A输出的VR比较.,直至VR与Vx相等或达到允许误差为止，然后将对应Vx的数码寄存器值送三态锁存器。当OE有效时，便可输出对应Vx的八位数码。,IN7IN0八路模拟量输入端，在多路开关控制下，任一瞬间只能有一路模拟量经相应通道输入到A/D转换器中的比较放大器。,D7D0为八位数据输出端，可直接接入微型机的数据总线。 A，B，C多路开关地址选择输入端。,通常向此引脚输入一个正脉冲时，可将三位地址选择信号A、B、C锁存于地址寄存器内并进行译码，选通相应的模拟输入通道。,ALE地址锁存允许信号输入端,START，启动A/D转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一个正脉冲，上升沿复位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始A/D转换。,EOC转换结束信号输出端。A/D转换期间EOC为低电平，A/D转换结束EOC为高电平。,OE，输出允许控制端控制输出锁存器的三态门。,当OE为高电平时，转换结果数据出现在 D7D0引脚。 当OE为低电平时，D7D0引脚对外呈高阻状态。,CLOCK转换定时时钟脉冲输入端。它的频率决定了A/D转换器的转换速度。在此，其频率不能高于640kHz，其对应转换速度为100S。,C、B、A，路模拟开关的地址选通信号输入端，3个输入端的信号为000111时，接通IN0IN7对应通道。,ref（+）和ref（-）是D/A转换器的参考电压输入线。它们可以不与本机电源和地相连，但ref（-）不得为负值，ref（+）不得高于Vcc，且1/2ref（+）+ref（-）与1/2Vcc之差不得大于0.1伏。Vcc为+5V，GND为地。,ADC0809与单片机连接,涉及2个问题：（1）8路模拟信号通道选择； （2）A/D转换完成后转换数据的传送。,总线方式 普通I/O端口控制,0,转换数据的传送： 定时传送方式； （不需接EOC脚） 查询方式； （测试EOC脚的状态） 中断方式。 （EOC脚接INT0/INT1脚）,转换有以下几个步骤：,ALE信号上升沿有效，锁存地址并选中相应通道。,ST信号有效，开始转换，期间ST为低电平,EOC信号输出高电平，表示转换结束,OE信号有效，表示允许输出转换结果。, ADC0809与MCS-51的接口方法,在实际使用中既要考虑价位又要考虑产品体积，还要考虑布线的方便合理，一般能省一块集成块就是一块，常用如下电路.,