12位A/D轉換器ADS7804與51單片機的接口及程序設計
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摘要：ADS7804是美國BURR-BROWN公司推出的一種新型12位A/D轉換器。文中介紹了它的特性與功能，給出了一種簡潔而新穎的與51單片機的接口方法，同時給出了用C語言編寫的數據采集的應用程序。</P><P> 1 基本特點<BR> 在計算機控制系統及各類用單片機（或微處理器）構成的智能儀器儀表中，外部的各種模擬信號必須通過A/D轉換器變換為數字信號后才能送入計算機。與8位和16位的A/D轉換器相比，12位A/D轉換器以其較高的性能價格比而在儀器儀表中得到廣泛的應用。ADS7804芯片采用28腳0.3英寸PDIP（塑料雙列直插式）封裝，兩列管腳間距為0.3英寸，比一般DIP28封裝窄一倍，所以俗稱瘦型DIP；ADS7804采用單5V電源供電；芯片內部含有采樣保持、電壓基準和時鐘等電路，可極大簡化用戶的電路設計和硬件開鎖，并可提高系統的穩定性。ADS7804采用CMOS工藝制造，轉換速度快、功耗低（最大功耗為100mW）。該A/D轉換器采用逐次逼近式工作原理，單通道輸入，模擬輸入電壓的范圍為±10V，采樣速率為100kHz。<BR> 2 引腳及功能<BR> ADS7804共有28個引腳，圖1為基引腳圖。這些引腳大體上可以劃分為3類。<BR> a.電源類<BR> 數字電源VDIG和模擬電源VANA通常一起接到5V電源上。數字地DGND和模擬地AGND1、AGND2通常共地。REF為參考電壓端，通常對地接2.2μF鉭電容，芯片內部可產生2.5V基準電壓。CAP為參考電壓所需電容，對地接2.2μF鉭電容。<BR> b.模數信號類<BR> VIN為輸入的模擬信號。D11～D0為數字量并行輸出口，DZ（19～22腳）是為了使管腳與16位A/D轉換器ADS7805兼容而設的，可懸空。<BR> c.控制信號類<BR> CS（輸入）為片選信號，R/C（輸入）為讀取結果/模數轉換控制信號，BUSY（輸出）用于指示轉換是否完成，BYTE（輸入）信號用來控制從總線讀出的數據是轉換結果的高字節還是低字節。<BR> 3 啟動A/D轉換和讀取轉換結果<BR> ADS7804啟動轉換和讀取轉換結果的時序比較特點，參見圖2。首先將R/C腳電平變低；然后在CS腳輸入一個脈沖并在其下降沿啟動A/D轉換，此脈沖的寬度要求在40ns～6μs之間；這時BUSY腳電平拉低表示正在進行轉換；在經過大約8μs以后，轉換完成，BUSY腳電平相應變高；再把R/C腳電平拉高，這樣，CS腳脈沖的下降沿即把轉換結果輸出到數據總線上。因為轉換結果為12位，所以對8位單片機而言，必須分兩次讀入，這個功能由BYTE腳實現。當BYTE腳為高電平時，數據總線上輸出高字節，反之，輸出低字節。ADS7804轉換得到的數字結果是以補碼形式給出的，現給出幾組有特定含義的值，表1所列即為ADS7804的模擬電壓與其補碼形式的數字輸出關系，-10V～9.99512V為量程，4.88mV為電壓分辨率。</P><P> 表1 模擬電壓和數字輸出的關系<BR> 模擬輸入初碼形式的數字輸出<BR> 二進制十六進制<BR> 9.99512V0111 1111 11117FF<BR> 4.88mV0000 0000 0001001<BR> 0V0000 0000 0000000<BR> -4.88mV1111 1111 1111FFF<BR> -10V1000 0000 0000800</P><P> 4 與51單片機的接口<BR> 因為ADS7804的CS信號脈沖寬度要求為40ns～6μs之間，而對于單片機而言，只要對外部設備進行讀操作，即會產生RD脈沖，其寬度為6個振蕩周期，如采用12MHz的晶振，其脈沖寬度為500ns，所以將ADS7804的CS腳接單片機的RD信號是再合適不過了。至于R/C、BUSY和BYTE信號，只需連接到普通的鎖存功能的端口即可，如單片機的PI口、并行口擴展芯片8155或8255等的端口。圖3是一個ADS7804與51單片機的典型接口電路。<BR> 5 C語言程序設計<BR> Franklin C51交叉編譯器是專為51系列單片機設計的一種高效的C語言編譯器，使用它可以縮短開發周期，降低開發成本，而且開發出的系統易于維護，可靠性高，可移植性好。下面介紹用C語言編寫的單點和定長數據采集子程序，假設所用的晶振頻率為12MHz。單點采樣子程序ADS7804（）用來返回一個有符號整數形式的轉換結果。定長采樣子程序DAQ（）根據入口參數interval（單位為μs）給定的采樣間隔采樣N點，并采用查詢51單片機內置定時器的方式來控制采樣時序，N點采樣結果存儲在定位于外部存儲器的數組array中。需要注意的是，賦給計數寄存器TH和TL的值是定時器從開始計數到溢出所用的時間，這個時間再加上清TF和裝載計數初值所需的時間（共5個機器周期，對于12MHz晶振即為5μs）才是所要的采樣間隔，這一點在程序設計中必須注意。<BR> 源程序如下：<BR> # include<reg51.h><BR> # include<absacc.h><BR> # define N 128 /*定采樣長度，如128點*/sbit BYTE=F1^0；<BR> sbit RC=P1^1;<BR> sbit BUSY=P1^2; /*定義特殊位*/<BR> int XDATA array(N); /*在外部存儲器內定義長度為N的有符號整數數組*/<BR> int ADS7804(void)<BR> { uint ul,uh;int u;<BR> RC=0; /*R/C低電平，進入轉換模式*/<BR> ul=XBYTE[0xffff]; /*產生讀脈沖，啟動A/D轉換*/<BR> while (BUSY= =0); /*等待轉換完成*/<BR> RC=1；BYTE=0; /*進入讀模式，選擇低字節*/<BR> ul=XBYTE[0xffff]; /*讀轉換結果低8位*/<BR> BYTE=1； /*選擇高字節*/<BR> uh=XBYTE[0xffff]&0x0f;/*讀轉換結果高4位*/<BR> u=uh*256+ul; /*得到12位轉換結果*/<BR> if(u>=0x0800)<BR> u=u 0xf000; /*如果為負值，則符號擴展*/<BR> return(u); /*返回轉換結果*/<BR> }<BR> uoid DAQ(uint interval)<BR> { uchar th,tl;<BR> interval=interval-5;/*減去TF0清零和裝載計數初值的時間5μs*/<BR> th=255-(interval/256);<BR> tl=255-(interval%256); /*計算計數初值*/<BR> TMOD=0x01; /*定時器0，方式1 */<BR> TH0=th; TL0=tl；/*裝載計數初值*/<BR> TR0=1；/*啟動定時*/<BR> for(I=0;i<N;i++)<BR> { do{}whilt(!TF0);/*查詢等待TF0復位*/<BR> TF0=0; /*清溢出標志*/<BR> TH0=th;TL0=tl； /*裝載計數初值*/<BR> Array[i]=ADS7804(); /*采樣、存儲*/<BR> }<BR> TR0=0; /*停止定時*/<BR> }<BR> 6 結束語<BR> ADS7804為12位的A/D轉換器，它不僅分辨率高、轉換速度快，而且接口方便，電路簡單、應用靈活，因而具有廣泛的應用前景。筆者在DLRS-1型檢波器低頻接收靈敏度特性測量儀中使用了ADS7804，取得了很好的效果。<BR>
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