ADC0804工作原理其程序

前言：本文详细说明了ADC0804工作原理及过程，还附有一个ADC0804在单片机中的典型应用，包含原理图，源程序，程序注释详细清楚，这有助于更好地理解与应用ADC0804芯片。1、 A/D转换概念:即模数转换(AnalogtoDigita1Conversion),输入模拟量(比如电压信号)，输岀一个与模拟量相对应的数字量(常为二进制形式)。例如参考电压VREF为5V,采用8位的模数转换器时,当输入电压为0V时，输出的数字虽:为00000000,当输入的电压为5V时，输出的数字疑为11111111o当输入的电压从从0V到5V变化时，输岀的数字呈:从00000000到1111 1111变化。这样每个输入电压值对应一个输岀数字量,即实现了模数转换。2、 分辨率概念:分辨率是指使输出数字疑变化1时的输入模拟量，也就是使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟量的变化值。分辨率与A/D转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS/ 2noFS表示满量CSvcc丽DBO(LSB)WRDB1CLKINDB2INTRDB3AGNDDB4DGNDDB5VREF/2DB6CLKRDB7(MSB)VIN+VIN-ADC0804-087654321 CM1.1—^11.1.1—11.•••・••••••・••••••10~919程输入值，n为A/D转换器的位数。例如，对于5V的满屋程，采用4位的ADC时，分辨率为5V/16=0.3125V他就是说“1输入的电压值每增加0.3125V,输出的数字量增加1);采用8位的ADC时，分辨率为5V/256=19.5mV(也就是说当输入的电压值每增加19.5mV,则输岀的数字量增加1);当采用12ADC0804-087654321 CM1.1—^11.1.1—11.•••・••••••・••••••10~9193、 ADC0804引脚功能：CS：芯片片选信号，低电平有效。即西=0时,该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。6~7WR：启动ADC0804进行ADC6~7信号低电平有效,KPWR信号由低电平变成髙电平时，触发一次ADC转换。RD：低电平有效，即辰0时,DAC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0〜DB7读出本次的采样结果。VIN(+)和VIN(-)：模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN(+)端,VIN(-)端接地。双边输入时VIN什)、VIN(一)分別接模拟电压信号的正端和负端。.当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在VIN(-)接一等值的零点补偿电氐变换时将自动从VIN(+)中减去这一电压。VREF/2:参考电压接入引脚,该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则Vref与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。CLKIN和CLKR:外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK=1/1.1RC,—般要求频率范围100KHz〜1460KHz。AGND和DGND：分别接模拟地和数字地。丽祁:转换结束输出信号,低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起而丢0、实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连(如51单片机的而©而耳脚)，当产生而沅信号有效时，还需等待而=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将而诵引脚悬空。DB0〜DB7:输出A/D转换后的8位二进制结果。补充说明：ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLK1N(引脚4)”和“CLKR(引脚19)”两端外接一对电阻电容即可产生A/D转换所要求的时钟，其振荡频率为f<LK^1/1.1RC。苴典型应用参数为:R=10KQ,C=150PF,f<LK~640K11z,转换速度为100us。若采用外部时钟，则外部fox可从CLKIN端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范帼为lOOKlIz〜1460KHz°4、ADC0804工作过程如下图所示，ADC0804的工作时序图(TimingDiagrams):(欲详细了解工作过程，可以结合ADC0804使用手册)图6给岀的其实就是使ADC0804正确工作的软件编程模型。由图可见，实现一次ADC转换主要包含下而三个过程：1.启动转换：由图6中的上部“FIGURE10A”可知，在厉信号为低电平的情况下，将丽引脚先由髙电平变成低电平，经过至少tW(WR)I延时后，再将丽引脚拉成高电平，即启动了一次AD转换。注：ADC0804使用手册中给出了要正常启动AD转换丽的低电平保持时间tW(WR)I的最小值为lOOiis,即蔽拉低后延时大于1OOns即可以，具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于100ns即可。2.延时等待转换结朿:依然由图6中的上部“FIGURE10A”可知,由拉低蔽信号启动AD采样后，经过1到8个Tclk+INTERNALTc延时后，AD转换结束，因此，启动转换后必须加入一个延时以等待AD采样结束。注:手册中给岀了内部转换时间“INTERNALTc”的时间范围为62〜73个始终周期，因此延时等待时间应该至少为8+73=81个时钟周期。比如，若R为150K.C为150pF.则时钟频率为Fclk=l/1.1RC=606KHz,因此时钟周期约为Tclk=l/Fclk=1.65us<>所以该步骤至少应延时81*Tclk=133.65iis.具体做法可通过插入NOP指令或者调用delayO延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于133.65us即可。读取转换结果:由图6的下部“FIGURE10B”可知，采样转换完毕后，在厉信号为低的前提下，将而脚由髙电平拉成低电平后，经过tACC的延时即可从DB脚读出有效的采样结果。注:手册中给出了tACC的典型值和最大值分別为135ns和200ns,因此将而引脚

拉低后，等待大于200ns后即可从DB读岀有效的转换结果。具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估il•插入的延时大于200ns即可。TimingDiagramscsACTUALINTERNALSTATUSOFTHECONVERTERDJTRnmresetNTS2222221OUTPUTS3L,TimingDiagramscsACTUALINTERNALSTATUSOFTHECONVERTERDJTRnmresetNTS2222221OUTPUTS3L,DATATHREE-STATE(HI-ZIfACCFIGURE10B・OUTPUTENABLEANDRESETWTR图6：ADC0804手册给岀的ADC转换时序图ElectricalSpecifications(Motes1,ElectricalSpecifications(Motes1,7)(Continued)PARAMETERTESTCONDITIONSMINTYPMAXUNITSCONVERTERSPECIFICATIONSV*=57,-55°Cto12S°CancElk=64CKH乙UriessOtherwiseSpe^ffedTocalUnac(uete<jErrorADC08O2VREfJ2-2.S03V•■±1LSBADC08O3Vref/2AdjustedforCorrectFuScaleReadng--±1LSE*丘门2'nputResiszanceInputResistancestPin9•u•2.-kjAnalogInputVorageRange(Mete2)GNC-OOS■(V+)+0.05VDCCon*nton-WodeRejectionOverAnalogInputVoltageRange-±1/9±74LS6PcwerSupplySensitivityV-f=57l10%OverAllcwedInputVoltageRange-±1/804LSBACTIMINGSPECIFICATIONSV+=SVfand%=25°C,UnlessOlhenAseSpeofiedClockFrequency,V4-=6V|Note3)100640128CkHzV+=5V丨八640800kHzClockPeriodsperConversion(Note4).tcow62-73Cbcks/ConvCcnversionRateInFrce-RuinngM<xlc,CRIN1RiectoVvRwith6二OV,(OLK=--8欢Conv's册:fthofVSRhput(StartDuseWidth),W//RUCS=0V(Note5)100■-nsAccessTime:DelayfrorrFallingEdgeofRDtoOutputDat3\rald)?UccCL=1D0pF(UeeBsDriverICforLargerCL>135200n©fhree-S:ateControl(DeiayfromRisingEdgeccFDtomi-zstate),“H，l3HCl=1OpF.丸二10K(oeeThree-stateTestcircuns)12S250nsD6ayfromFaflinaEdaeofWRtoReseto'IKtH.twi.tpi-300450"S图7:ADC0804手册给出的电器特性表对采样值进行运算变换，换算出实际的滑动变阻器输入电压值。。对于任何一个A/D采样器而言，其转换公式如下：Vout=(Vout=(^B!L)xVrefDmax其中:“皿:输入ADC的模拟电压值。DsamPle:ADC转换后的二进制值。本试验的ADC0804为八位。Qmax：ADC能够表示的刻度总数。ADC0804为八位ADC,因此Qmax=2"=256Vref:ADC参考电压值,本试验ADC0804的被设置为5V因此，对于本试验，转换公式为DsamplexVout=( )x5V256ADC0804在单片机中的简单应用举例如下图所示，本例ADC0804中的VCC=5V,VREF/2引脚悬空(悬空则相当于与VCC共接5V电源)，因此ADC转换的参考电压为VCC的值，即5V。VIN-接地，而VIN+连接滑动变阻器RV1的输岀，因此VIN+的电压输入范国为0V〜5V,正好处于参考电压范国内。引脚厉接地，WR^IRD分别连接单片机的P3人6和P3八7引脚，而DB0〜DB7连接单片机的Pl口.P0口接数码管的段选线，P2口低四位接数码管的位选线。ABCDEFGDP 12342U1EO1O•馆XTAL1FO.O/ADOFO.1/AP1FO.2/A02XTAL2FO2/AD2F0.4/AP4FO.6/AD5FO6/AD6RSTFO.7/AP7P2O/AfiF2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A1\ALEP24/A12EAP2.5/A13P2.6ZA14P2.7/A16P1.0P3J0/FUDP1.1ABCDEFGDP 12342U1EO1O•馆XTAL1FO.O/ADOFO.1/AP1FO.2/A02XTAL2FO2/AD2F0.4/AP4FO.6/AD5FO6/AD6RSTFO.7/AP7P2O/AfiF2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A1\ALEP24/A12EAP2.5/A13P2.6ZA14P2.7/A16P1.0P3J0/FUDP1.1P3J/TXDP仁2P22/TNT0P1.3P33flNT1PI.4P3.4/TOPI.5P3.6/HP1.6P3.6/WRP1.7P37fRDATO6C5-129•GOEZAO•TM2AC•兮朋4M•口AJj7A738-•Ed•A1-17•37D2A2 g96-•田•妁怔•35-•田• •14•34E6A5 忖箱•E6•姐•归.32--&7•A7•竹•30-1RV1k/CCrc壽DoUCLboJVD1 FVn7D厶f\QOiinINTR□MJr\Q/；AQNUDGNDVREF.^□MouUS(?0r(M3OJCLKKiaa丄Vin+VIN-Y)RD15OpFVCC卫厂|卜•Q*W•必】'• • •81kOIJVR0RD10k程序主要实现以下功能：控制ADC0804芯片对VIN(+)引脚输入的电圧值进行正确釆样，读取采样结果。对采样值进行模数变换，将转换后数字量后显示在4段数码管上。C程序如下：include<reg51.1i>include<intrins・h>defineumtunsignediiitdefineucliariinsignedcharsbitwr=P36：sbitrd=P3'7;ucharcodedis[]={Oxc0,0xf9.0xa4,0xbO,0x99,0x92,0x82.0xf8,0x80,0x90};//共阳显示代码voidde1ay(uintx)〃延时函数delay(1)延时0.992ms»大约为1nis{uchari;whi1e(x--)for(i=0;ivl20;i++)?)voiddisplay(uchardb) //数码管显示函数,用于显示模数转换后得到的数字量{Ucharbw,sw,gw;//bw,sw,gw分别等于db百位.十位,个位上的数4y\v=db/100;sw=db%100/l0;gw=db%10：P2=0x01://点亮第一只数码管P0=dis[bw]&0x7f: //最高位巻0,点亮第一只数码管的小数点，MeIay(5);P2=0x02； //点亮第二只数码管卫0=dis[sw]：»delay(5);P2=0x04; //点亮第三只数码管P0=dis[gAv];de1ay(5);卫2=0x08： //点亮第四只数码管P0=dis[0]：〃第四只数码管一直显示0・de1ay(5)；}voidmamO{ucliari;win1e(1)。{owr=0：。//在片选信号CS为低电平情况下(由于CS接地，所以始终为低电平)，_nop_();//W由低电平到髙电平时，即上升沿时，AD开始采样转换FT=]；odelay(l);//延时1ms,等待采样转换结朿 。。P1=0xff： 〃这条语句不能少，我也还不知道为什么-rd=0;//WRD脚置低电平后，再延时大于135as左右(这里延时1us),<>_nop_0；〃即可从DB脚读出有效的采样结果，传送到P1口ofor(i=0;ivio：i++)〃刷新显示一段时间「display(Pl);//显示从DB得到的数字量。}}Proteus仿真运行结果如下：2H001234・■・・ui^ZTAL1■?CrU212_N8・3£HL31"Aflr・32・g?•■A