第五章单片机外部资源扩充-1 AD转换zxl

第五章MCS-51单片机的A/D转换接口单片机与应用ADC：AnalogtoDigitalConverter随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展，在现代控制、通信及检测领域中，为提高系统性能指标，对信号的处理无不广泛地采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如：温度、速度、压力、电压、电流、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量往往需要将其转换为相应的模拟信号才能为执行机构所接收。这样就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路－模/数转换器(A/D:AnalogtoDigitalConverter)和数/模转换器(D/A:DigitaltoAnalogConverter)。也就出现了单片机的模/数转换（A/D）和数/模转换（D/A）的接口问题。

模/数转换器的基本概念

ADC：AnalogtoDigitalConverter物理量电信号传感器电压信号I-V转换Q-V转换F-V转换如：温度、速度、压力、电压、电流、图像等等如：电压、电流、电荷、频率数字信号ADC1、ADC的结构简图采样保持电路模/数转换电路控制电路和数字接口电路时钟模拟电压输入Vin参考电压Vref2、ADC的主要技术指标

量化间隔

量化间隔反映ADC转换结果的最小分度值，是ADC反应转换精度的指标。其中n为ADC的位数，通常称为ADC的分辨率；常见ADC的分辨率为8位、10位、12位、16位等，高端ADC可以达到24位甚至更高；转换速率（Ksps，Msps）

转换速率是通常指ADC每秒中可以完成的转换次数，一般以1Msps为界，分为高速型和低速型。通常等于参考电压3、ADC的分类

按转换方式分：并行式双积分型逐次逼近型（SAR）过采样型（∑-Δ）

按接口方式分：并行接口（并行总线）串行接口（IIC、SPI总线）A/D转换器与单片机接口具有硬、软件相依性。一般来说，A/D转换器与单片机的接口主要考虑的是数字量输出线的连接、ADC启动方式、转换结束信号处理方法以及时钟的连接等。ADC0809ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换芯片

ADC0809具有8个模拟量输入通道

ADC0809只有1个A/D转换电路

ADC0809完成一次A/D转换的时间约为100us

ADC0809必须外接时钟信号才能工作1、ADC0809的引脚8位A/D转换器（28PIN）IN0－IN7：8个模拟通道输入端。ADDC、ADDB、ADDA：通道地址线（000～111对应了8个通道）ALE：地址锁存允许信号。START：启动转换信号。EOC：转换结束信号。OE：输出允许信号（允许读）。CLK：外部时钟脉冲输入端，典型值640KHz。VREF(+)、VREF(-)：参考电压输入端。Vcc：＋5V电源。GND：地。STARTCLOCK2、ADC0809结构8个输入通道1个

A/D转换器分时复用注意：ADC0809在一个时刻只能对一个通道上的模拟量进行A/D转换STARTCLOCK3、ADC0809的工作流程①②③④4、ADC0809的转换公式输出数据D：D=VIN

×

(28

－

1)/Vref输入电压VIN：VIN=D×

Vref/(28

－

1)练习:ADC0809转换对ADC0809来说，当Vref=5V时，3.5V模拟量对应的数字量是多少？对ADC0809来说，当Vref=5V时，若转换到的数字量为0x7A，则对应的模拟量是多少？设计转换电路时，ADC0809应如何与8051连接？ADC0809与单片机的电路连接

CLK可以由单片机的ALE、/WR、/RD信号组合获得；或者直接由ALE提供。5、ADC0809的操作外部RAM读时序5、ADC0809的操作ADC0809与单片机的电路连接

CLK可以由单片机的ALE、/WR、/RD信号组合获得；或者直接由ALE提供。外部RAM写时序ADC0809与单片机的电路连接通道选通、ALE和START的连接（每个通道一个地址）5、ADC0809的操作ADC0809与单片机的电路连接输出控制OE的连接（可以和输入通道共用一个地址）5、ADC0809的操作5、ADC0809的操作计算地址

ADC0809各通道地址确定通道0：0XXXXXXXXXXXX000通道1：0XXXXXXXXXXXX001通道2：0XXXXXXXXXXXX010......ADC转换的编程控制启动——等待转换结束——读取结果ADC0809编程（查询方式）#include"reg51.h"#include"absacc.h"#include“intrins.h"#defineIN0XBYTE[0x0000]sbitAD_BUSY=P3^3;voidmain(void){ while(1) { IN0=0; //启动转换

_nop_(); //延迟，等待EOC标志变低

_nop_(); _nop_(); while(AD_BUSY==0);//等待AD转换结束

a=IN0; //读AD转换结果

}}外部RAM寻址方式unsignedcharxdataAIN0_at_0x7FFF;#include＜absacc.h＞#defineAIN0XBYTE[0x7FFF]/*将AIN0定义为外部I／O口，地址为0x7FFF,长度为8位*/AIN0=0;//写操作产生WR信号a=AIN0;//读操作产生RD信号ADC0809编程对某通道A/D转换的通用函数unsignedcharadc0809(unsignedcharchannel){ unsignedcharxdata*ad_adr; unsignedchari; ad_adr=&IN0; ad_adr=ad_adr+channel; *ad_adr=0; _nop_(); _nop_(); while(ad_busy==0); return(*ad_adr);}#defineIN0XBYTE[0x7FFF] /*设置AD0809的通道0地址*/sbitad_busy=P3^3; /*即EOC状态。*/voidad0809(ucharidata*x)

/*采样结果放指针中的A／D采集函数*/{uchari;ucharxdata*ad_adr;ad_adr=&IN0;for(i=0;i<8;i++) /*处理8通道*/{*ad_adr=0; /*启动转换。*/ _nop_(); /*延时等待EOC变低*/ _nop_(); while(ad_busy==0); /*查询等待转换结束*/ x[i]=*ad_adr; /*存转换结果*/ ad_adr++; /*下一通道。*/}}voidmain(void){staticucharidataad[10];ad0809(ad); /*采样AD0809通道的值*/}例：从ADC0809的8通道轮流采集一次数据，采集的结果放在数组ad中。ADC0809编程（中断方式）#defineIN0XBYTE[0x7FFF]sbitAD_BUSY=P3^3;unsignedchara;voidINT0_ISR(void)interrupt0{ a=IN0;//读AD转换结果

IN0=0;//启动下次转换}voidmain(void){unsignedchari=0;IT0=1;EX0=1;EA=1;IN0=0;//启动转换

while(1){…..;//数据处理

}}ADC0809编程（中断方式）二、89S51单片机与V/F转换器的接口目前，利用A/D转换技术制成的各种测试仪器得到了广泛应用。在某些要求数据长距离传输，精确度要求较高的场合，采用一般的A/D转换技术有多不便，可使用V/F转换器代替A/D器件。V/F转换器是把电压信号转变为频率信号的器件，有良好的精度、线性和积分输入特点，此外，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，适应环境能力强，转换速度不低于一般的双积分型A/D器件，且价格低，因此V/F转换技术广泛用于非快速的A/D转换过程中。V/F转换器与单片机接口有以下特点：（1）接口简单、占用单片机硬件资源少。产生的频率信号可输入单片机的一根I/O口线或作为中断信号输入及计数信号输入等。（2）抗干扰性能好。用V/F转换器实现A/D转换，就是频率计数的过程，相当于在计数时间内对频率信号进行积分，因而有较强的抗干扰能力。另外可采用光电耦合器连接V/F转换器与单片机之间的通道，实现光电隔离。（3）便于远距离传输。可通过调制进行无线传输或光传输。用V/F转换器实现A/D转换的原理V/F转换工作原理为：单片机片内的计数器把V/F转换器输出的频率信号作为计数脉冲，进行定时计数。计数器的计数值与V/F转换器输出的脉冲频率信号之间的关系为：上式中，D是计数器计得的值，T是已知的计数时间。只要知道了D值，再除以计数的时间T，就可求出V/F转换器的输出频率，从而知道输入电压V，实现了A/D转换。常用V/F转换器LMX31简介 常用的通用型的V/F转换器为LM331，LM331适用于A/D转换器、高精度F/V变换器、长时间积分器、线性频率调制或解调器等电路。1、LM331的特性如下：（1）频率范围：1～100kHz；（2）低的非线性：±0.01%；（3）单电源或双电源供电；（4）单电源供电电压为＋5V时，可保证转换精度；（5）温度特性：最大±50ppm/C；（6）低功耗：Vs=5V时为15mW两种封装形式2．电特性参数（1）电源电压：＋15V（2）输入电压范围：0～10V（3）输出频率：10Hz～11kHz（4）非线性失真：±0.03%3．LMX31的V/F转换外部接线4、V/F转换器与MCS-51单片机接口被测电压转换为与其成比例的频率信号后送入计算机进行处理。（1）V/F转换器可以直接与89S51单片机接口。频率信号接单片机的定时器/计数器输入端即可。如下图所示。（2）在一些电源干扰大、模拟电路部分容易对单片机产生电气干扰等恶劣环境中，可采用光电隔离的方法使V/F转换器与单片机无电信号联系。（3）当V/F转换器与单片机之间距离较远时需要采用驱