A/D: 基于STC89C52与ADC0804的A/D设计详解-电子工程世界

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一. 硬件设计详解

1）A/D转换原理

通过采样，量化和编码这三个步骤来完成, 即首先对输入的模拟电压信号采样，采样结束后进入保持时间，在

这段时间内将采样的电压量转化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果，然后开始下一次采样。

采样需满足采样定理，即采样频率fs要大于输入信号的最高频率分量fimax的频率，一般取fs = (2~3)fimax,

2) A/D转换器的类型

包括两类，直接A/D转换器和间接A/D转换器，

其中直接A/D转换器包括并行比较型A/D转换器和反馈比较型A/D转换器。

间接A/D转换器包括电压-时间变换型（V-T变换型）和电压-频率变换型（V-F变换型）。

a. 并行比较型A/D转换器原理图:

a.1 原理说明

三位并行比较型A/D转换器由电压比较器，寄存器和代码转换器三部分组成。用电阻链把参考电压Vref分压，

得到从1/15Vref~13/15Vref之间的7个比较电平，量化单位为2/15Vref. 然后将要输入的模拟电压同时加到

每个比较器的另一个输入端上，与这7个比较基准进行比较。

a.2 产品介绍

AD公司的AD9012(8位)，AD9002(8位)，AD9020(10位)。

a.3 特点

由于转换是并行的，其转换时间只受比较器，触发器和编码电路延迟时间限制，因此转换速度快；（优点）

随着分辨率的提高，元件数目要按几何级数增加。（缺点）

使用这种含有寄存器的并行A/D转换电路时，可以不用附加采样-保持电路，因为比较器和寄存器这两部分

兼有采样-保持功能。（优点）

b. 反馈比较型A/D转换器

b.1 原理说明

取一个数字量加到D/A转换器上，于是得到一个对应的输出模拟电压，将这个模拟电压和输入的模拟电压

信号比较，如果两者不相等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后取的这个数字量

就是所求的转换结果。

b.2 实现方案

计数型和逐次比较型

计数型转换器主要由比较器C，D/A转换器，计数器，脉冲源，控制门G以及输出寄存器等几部分组成，其转换

原理是转换开始前先用复位信号将计数器置0，而且转换信号应停留在Vl=0的状态，这时门G被封锁，计数器

不工作。计时器加给D/A转换器的是全0信号，所以D/A转换器输出的模拟电压V0=0，如果Vi为正电压信号，

比较器的输出电压为1. 依同样方法比较完DA的全部位数。由于在转换过程中计数器中的数字不停地变化，

所以不宜将计数器的状态直接作为输出信号，为此在输出端设置了输出寄存器，在每次转换完成以后，用

转换控制信号的下降沿将计数器输出的数字置入输出寄存器中，而以寄存器的状态作为最终的输出信号。

这个方法问题是转换速度慢，转换时间长。适用于转换速度要求不高的场合。

逐次比较型转换器逻辑电路图

C为电压比较器，当Vi>=Vo时，比较器输出为0；反过来输出为1. FFa,FFb,FFc三个触发器组成了三位数码

寄存器，触发器FF1～FF5和门电路G1～G9组成控制逻辑电路。

逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需时间与其位数和时钟脉冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，

转换所需时间越短。这种A/D转换器具有转换速度快，精度高的特点。其产品主要有ADC0804/0808/0809系列(8位)，AD575(10位)，AD574A(12位)。

c. 电压-时间变换型（v-t变换型）

其原理是把输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟

脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。

d. 电压-频率变换型(v-f变换型)

其原理是把输入的模拟电压信号转换成与之成正比的频率信号，然后在一个固定的时间间隔里对得到的频率

信号计数，所得到的结果就是正比于输入模拟电压的数字量。

3) A/D转换器的参数指标

a. 分辨率

说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

A/D转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。

b. 转换误差

表示A/D转换器实际输出的数字量与理论输出数字量之间的差别。

c. 转换精度

A/D转换器的最大量化误差和模拟部分精度的共同体现。

d. 转换时间

A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。

4) ADC0804说明

a. 引脚图

Vin(+),Vin(-) - 两个模拟信号输入端，用以接受单极性，双极性和差模输入信号。

DB7～DB0 - 具有三态特性数字信号输出口。

AGND - 模拟信号地

DGND - 数字信号地

CLK - 时钟信号输入端

CLKR - 内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可有芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/(1.1RC)

/CS - 片选信号输入端，低电平有效，一旦有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。

/WR - 写信号输入，低电平启动A/D转换。

/RD - 读信号输入，低电平输出端有效。

/INTR - A/D转换结束信号，低电平表示本次转换已完成。

Vref/2 - 参考电平输入，决定量化单位。

Vcc - 芯片电源5V输入。

b.转换时序图

CS先为低电平，/WR随后置低，经过至少tw(/WR)L时间后，/WR拉高，随着A/D转换器被启动，并且在经过

（1～8个A/D时钟周期+内部Tc）时间后，模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为

低电平，通知单片机本次转换已结束。

读取数据时，当/INTR变为低电平后，将/CS先置低，接着再将/RD置低，在/RD置低至少经过tACC时间后，

数字输出口上的数据达到稳定状态，此时直接读取数字输出端口数据便可得到转换后的数字信号，读走

数据后，马上将/RD拉高，然后将/CS拉高，/INTR是自动变化的，当/RD置低tR1时间后，/INTR自动拉高，

我们不必认为去干涉。

上面的时序图是ADC0804启动一次和读取一次数据的时序图，当我们要连续转换并且连续读取数据时，就没有

必要每次都把/CS置低再拉高，因为/CS是片选信号，置低表示该芯片可被操作或处于能够正常工作状态，所以

在写程序时，只有一开始将/CS置低，以后当要启动转换和读取数据时只需操作/WR和/RD即可。

二. 程序设计详解

1. 用单片机控制ADC0804进行模数转换

程序功能：

当拧动实验板上A/D旁边的电位器Re2时，在数码管的前三位以十进制方式动态显示出A/D转换后的数字量（8位A/D转换后数值在0～255变化）。

程序源码：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit dula = P2 ^ 6;

sbit wela = P2 ^ 7;

sbit adwr = P3 ^ 6;

sbit adrd = P3 ^ 7;

uchar code table[] = {

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71

};

void delayms(uint);

void display(uint);

void main()

{

uchar i, adval;

uint num;

wela = 1;

P0 = 0x7f;

wela = 0;

while (1)

{

adwr = 1;

_nop_();

adwr = 0;

_nop_();

adwr = 1;

for (i = 10; i > 0; i--)

display(num);

P1 = 0xff;

adrd = 1;

_nop_();

adrd = 0;

_nop_();

adval = P1;

adrd = 1;

num = adval;

}

void delayms(uint xms)

{

uint i, j;

for (i = xms; i > 0; i--)

for (j = 110; j > 0; j--)

;

}

void display(uint num)

{

dula = 1;

P0 = table[num / 100];

dula = 0;

P0 = 0xff;

wela = 1;

P0 = 0x7e;

wela = 0;

delayms(5);

dula = 1;

P0 = table[num % 100 / 10];

dula = 0;

P0 = 0xff;

wela = 1;

P0 = 0x7d;

wela = 0;

delayms(5);

dula = 1;

P0 = table[num % 100 % 10];

dula = 0;

P0 = 0xff;

wela = 1;

P0 = 0x7b;

wela = 0;

delayms(5);

}

程序小结：

1）刚进入主程序后，首先将U2锁存器的输出口的最高位置低电平，目的是将与之相连的ADC0804的/CS片选端

置低选中，因为是连续读取数据，所以一次选中，以后再不用管它。同时要注意，以后凡是操作U2锁存端的地方

都不要再改变A/D的/CS端，在数码管显示程序中，送出位选信号时，始终保持U2锁存器的最高位为低电平，

上例数码管显示部分程序中“P0=0x7e;P0=0x7d;P0=0x7b;”即是。

2) 进入while(1)大循环后，先启动A/D转换，其中的_nop_()相当于一个机器周期的延时。

3）在启动A/D转换后，还未读取转换结果，就立即先送结果给数码管显示，这样写的目的是为了给A/D转换

留有一定时间，

4）如果拧动电位器时，数码管数字不动，只有复位一次或重新上电一次，数字才会刷新，这时因为转换

时间不够的原因，解决办法将for(a=10;a>0;a--)中的a增大。

关键字：STC89C52 ADC0804 引用地址：A/D: 基于STC89C52与ADC0804的A/D设计详解

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