《電子DIY》之ADC0832模數轉換器的介紹及使用(51單片機驅動)時序講解

模擬信號只有通過A/D轉化爲數字信號後才能用軟件進行處理,這一切都是通過A/D轉換器(ADC)來實現的。與模數轉換相對應的是數模轉換,數模轉換是模數轉換的逆過程,在一般的工業應用系統中傳感器把非電量的模擬信號變成與之對應的模擬信號,然後經模擬(Analog)到數字(Digital)轉換電路將模擬信號轉成對應的數字信號送微機處理。這就是一個完整的信號鏈,模擬到數字的轉換過程就是我們經常接觸到的ADC電路。

視頻講解:
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模數轉換原理:

ADC的轉換原理根據ADC的電路形式有所不同。 ADC電路通常由兩部分組成,它們是:採樣、保持電路和量化、編碼電路。其中量化、編碼電路是最核心的部件,任何ADC轉換電路都必須包含這種電路。 ADC電路的形式很多,通常可以併爲兩類:

間接法:它是將採樣-保持的模擬信號先轉換成與模擬量成正比的時間或頻率,然後再把它轉換爲數字量。這種通常是採用時鐘脈衝計數器,它又被稱爲計數器式。它的工作特點是:工作速度低,轉換精度高,抗干擾能力強。

直接法:通過基準電壓與採樣-保持信號進行比較,從而轉換爲數字量。它的工作特點是:工作速度高,轉換精度容易保證。

模數轉換的過程:
  採樣、保持、量化和編碼。

採樣是將連續時間信號變成離散時間信號的過程。經過採樣,時間連續、數值連續的模擬信號就變成了時間離散、數值連續的信號,稱爲採樣信號。採樣電路相當於一個模擬開關,模擬開關週期性地工作。理論上,每個週期內,模擬開關的閉合時間趨近於0。在模擬開關閉合的時刻(採樣時刻),我們就“採”到模擬信號的一個“樣本”。

量化是將連續數值信號變成離散數值信號的過程。理論上,經過量化,我們就可以將時間離散、數值連續的採樣信號變成時間離散、數值離散的數字信號。

我們知道,在電路中,數字量通常用二進制代碼表示。因此,量化電路的後面有一個編碼電路,將數字信號的數值轉換成二進制代碼。

然而,量化和編碼總是需要一定時間才能完成,所以,量化電路的前面還要有一個保持電路。保持是將時間離散、數值連續的信號變成時間連續、數值離散信號的過程。在量化和編碼期間,保持電路相當於一個恆壓源,它將採樣時刻的信號電壓“保持”在量化器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個獨立的單元,但是,工程上保持器總是與採樣器做在一起。兩者合稱採樣保持器。

八位串行A/D轉換器ADC0832簡介:

ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由於它體積小,兼容性強,性價比高而深受單片機愛好者及企業歡迎,其目前已經有很高的普及率。ADC083X是市面上常見的串行模—數轉換器件系列。ADC0831、ADC0832、ADC0834、ADC0838是具有多路轉換開關的8位串行I/O模—數轉換器,轉換速度較高(轉換時間32uS),單電源供電,功耗低(15mW),適用於各種便攜式智能儀表。
  ADC0832是8腳雙列直插式雙通道A/D轉換器,能分別對兩路模擬信號實現模—數轉換,可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。ADC0832採用串行通信方式,通過DI 數據輸入端進行通道選擇、數據採集及數據傳送。8位的分辨率(較高分辨可達256級),可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的複用,使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。具有雙數據輸出可作爲數據校驗,以減少數據誤差,轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。

ADC0832特點:

· 8位分辨率;

· 雙通道A/D轉換;

· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容;

· 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間;

· 工作頻率爲250KHZ,轉換時間爲32μS;

· 一般功耗僅爲15mW;

· 8P、14P—DIP(雙列直插)、PICC 多種封裝;

· 商用級芯片溫寬爲0°C to +70°C,工業級芯片溫寬爲-40°C to +85°C;

單片機和ADC0832的AD模數轉換

ADC0832引腳圖

在這裏插入圖片描述
  芯片接口說明:
  · CS_ 片選使能,低電平芯片使能。

· CH0 模擬輸入通道0,或作爲IN+/-使用。

· CH1 模擬輸入通道1,或作爲IN+/-使用。

· GND 芯片參考零電位(地)。

· DI 數據信號輸入,選擇通道控制。

· DO 數據信號輸出,轉換數據輸出。

· CLK 芯片時鐘輸入。

· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入(複用)

ADC0832的工作原理:

正常情況下ADC0832 與單片機的接口應爲4條數據線,分別是CS、CLK、DO、DI。但由於DO端與DI端在通信時並未同時使用並與單片機的接口是雙向的,所以在I/O口資源緊張時可以將DO和DI並聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應爲高電平,此時芯片禁用,CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時,須先將CS使能端置於低電平並且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作,同時由處理器向芯片時鐘(CLK)輸入端輸入時鐘脈衝,DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在一個時鐘脈衝的下沉之前DI端必須是高電平,表示啓始信號。在第二、三個脈衝下沉之前DI端應輸入兩位數據用於選擇通道功能。

表1:通道地址設置表

0      0        差分輸入(CH1 負極性輸入端  CH0 正極性輸入端 )IN+
0      1        差分輸入(CH0 負極性輸入端  CH1 正極性輸入端 )
1      0        單通道(CH0)
1      1        單通道(CH1)

如表1所示,當此兩位數據爲“1”、“0”時,只對CH0 進行單通道轉換。當2位數據爲“1”、“1”時,只對CH1進行單通道轉換。當兩位數據爲“0”、“0”時,將CH0作爲正輸入端IN+,CH1作爲負輸入端IN-進行輸入。當兩位數據爲“0”、“1”時,將CH0作爲負輸入端IN-,CH1 作爲正輸入端IN+進行輸入。到第三個脈衝的下降之後DI端的輸入電平就失去輸入作用,此後DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。
  從第4個脈衝下降沿開始由DO端輸出轉換數據最高位Data7,隨後每一個脈衝的下降沿DO端輸出下一位數據。直到第11個脈衝時發出最低位數據Data0,一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據,即從第11個字節的下降沿輸出Data0。隨後輸出8位數據,到第19 個脈衝時數據輸出完成,也標誌着一次A/D轉換的結束。最後將CS置高電平禁用芯片,直接將轉換後的數據進行處理就可以了。
  作爲單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0—5V且8位分辨率時的電壓精度爲19.53mV,即(5/256)V。如果作爲由IN+與IN-輸入的輸入時,可是將電壓值設定在某一個較大範圍之內,從而提高轉換的寬度。但值得注意的是,在進行IN+與IN-的輸入時,如果IN-的電壓大於IN+的電壓則轉換後的數據結果始終爲00H。

ADC0832的工作時序

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