單片機(jī)和ADC0832的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換

　　模擬信號(hào)只有通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后才能用軟件進(jìn)行處理，這一切都是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與模數(shù)轉(zhuǎn)換相對(duì)應(yīng)的是數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換是模數(shù)轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程，在一般的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中傳感器把非電量的模擬信號(hào)變成與之對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，然后經(jīng)模擬（Analog）到數(shù)字（Digital）轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送微機(jī)處理。這就是一個(gè)完整的信號(hào)鏈，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換過(guò)程就是我們經(jīng)常接觸到的ADC電路。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換原理：

　　ADC的轉(zhuǎn)換原理根據(jù)ADC的電路形式有所不同。 ADC電路通常由兩部分組成，它們是：采樣、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(zhuǎn)換電路都必須包含這種電路。 ADC電路的形式很多，通常可以并為兩類：

　　間接法：它是將采樣-保持的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成與模擬量成正比的時(shí)間或頻率，然后再把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種通常是采用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器，它又被稱為計(jì)數(shù)器式。它的工作特點(diǎn)是：工作速度低，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

　　直接法：通過(guò)基準(zhǔn)電壓與采樣-保持信號(hào)進(jìn)行比較，從而轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的工作特點(diǎn)是：工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程：

　　有四個(gè)階段，即采樣、保持、量化和編碼。

　　采樣是將連續(xù)時(shí)間信號(hào)變成離散時(shí)間信號(hào)的過(guò)程。經(jīng)過(guò)采樣，時(shí)間連續(xù)、數(shù)值連續(xù)的模擬信號(hào)就變成了時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)，稱為采樣信號(hào)。采樣電路相當(dāng)于一個(gè)模擬開關(guān)，模擬開關(guān)周期性地工作。理論上，每個(gè)周期內(nèi)，模擬開關(guān)的閉合時(shí)間趨近于0。在模擬開關(guān)閉合的時(shí)刻（采樣時(shí)刻），我們就“采”到模擬信號(hào)的一個(gè)“樣本”。

　　量化是將連續(xù)數(shù)值信號(hào)變成離散數(shù)值信號(hào)的過(guò)程。理論上，經(jīng)過(guò)量化，我們就可以將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的采樣信號(hào)變成時(shí)間離散、數(shù)值離散的數(shù)字信號(hào)。

　　我們知道，在電路中，數(shù)字量通常用二進(jìn)制代碼表示。因此，量化電路的后面有一個(gè)編碼電路，將數(shù)字信號(hào)的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。

　　然而，量化和編碼總是需要一定時(shí)間才能完成，所以，量化電路的前面還要有一個(gè)保持電路。保持是將時(shí)間離散、數(shù)值連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間連續(xù)、數(shù)值離散信號(hào)的過(guò)程。在量化和編碼期間，保持電路相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，它將采樣時(shí)刻的信號(hào)電壓“保持”在量化器的輸入端。雖然邏輯上保持器是一個(gè)獨(dú)立的單元，但是，工程上保持器總是與采樣器做在一起。兩者合稱采樣保持器。

　　八位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832簡(jiǎn)介：

　　ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC083X是市面上常見的串行模—數(shù)轉(zhuǎn)換器件系列。ADC0831、ADC0832、ADC0834、ADC0838是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的8位串行I/O?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度較高（轉(zhuǎn)換時(shí)間32uS），單電源供電，功耗低（15mW），適用于各種便攜式智能儀表。本章以ADC0832為例，介紹其使用方法。

　　ADC0832是8腳雙列直插式雙通道A/D轉(zhuǎn)換器，能分別對(duì)兩路模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)模—數(shù)轉(zhuǎn)換，可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行通道選擇、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。8位的分辨率（較高分辨可達(dá)256級(jí)），可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)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(diǎn)：

　　· 8位分辨率；

　　· 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；

　　· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；

　　· 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；

　　· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；

　　· 一般功耗僅為15mW；

　　· 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；

　　· 商用級(jí)芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為-40°C to +85°C；

　　ADC0832引腳圖

　　芯片接口說(shuō)明：

　　· CS_ 片選使能，低電平芯片使能。

　　· CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。

　　· CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。

　　· GND 芯片參考零電位（地）。

　　· DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。

　　· DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。

　　· CLK 芯片時(shí)鐘輸入。

　　· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）

　　ADC0832的工作原理：

　　正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在I/O口資源緊張時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。

　　表1：通道地址設(shè)置表

　　如表1所示，當(dāng)此兩位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)兩位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第三個(gè)脈沖的下降之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位Data7，隨后每一個(gè)脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)Data0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下降沿輸出Data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。時(shí)序說(shuō)明請(qǐng)參照?qǐng)D4。

　　作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0—5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV，即（5/256）V。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。

　　ADC0832的工作時(shí)序

　　ADC0832軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)例

　　通過(guò)以上的理論學(xué)習(xí)之后，對(duì)?！獢?shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)該有了一定的了解，接下來(lái)就根據(jù)上文的指導(dǎo)，對(duì)ADC0832進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，以加深印象。本實(shí)例功能是將通道1上采樣到的電壓顯示在LED數(shù)碼管上，通過(guò)改變通道1的輸入電壓變化，觀察輸出讀數(shù)。

　　硬件原理圖

　　軟件流程圖

　　STC單片機(jī)的相關(guān)程序：

　　#include //定義的 系統(tǒng)頭文件和全局變量

　　#include

　　#define uchar unsigned char

　　#define uint unsigned int

　　#define DogReset（） WDT_CONTR=0x35

　　// T1 定時(shí) 0.1ms.作為系統(tǒng)計(jì)時(shí)用，

　　#define vT01ms 2

　　#define vT10ms 10

　　#define vT100ms 10

　　#define vT01S 100 // 1 s = 10 ms * 100

　　#define vT0HVal 0xfe //0xff //0xfe //0xf6

　　#define vT0LVal 0x33 //0x9c //0x0c //0x4c

　　uchar code display_AD_channel_ID［2］ = {0x00，0x01};

　　static unsigned char data CS;

　　uchar data AD_channel_result［2］［5］; //各通道A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。前是通道號(hào)；后是轉(zhuǎn)換的值

　　uint cT01ms;

　　uchar cT10ms;

　　uchar cT100ms;

　　uchar cT01s;

　　uchar THTL;

　　bit OutFlag;

　　void delay_ms（register uint Count）{

　　register uchar T;

　　for（;Count》0;Count--）{

　　for（T=0;T《80;T++）{

　　_nop_（）; _nop_（）; _nop_（）; _nop_（）; _nop_（）;

　　_nop_（）; _nop_（）; _nop_（）; _nop_（）; _nop_（）;

　　}

　　DogReset（）;

　　}

　　}

　　void send_char_com（unsigned char OutData）{

　　SBUF = OutData; //輸出字符

　　while（！TI）; //空語(yǔ)句判斷字符是否發(fā)完

　　TI = 0; //清TI

　　}

　　void send_string_com（uchar *str，uchar strlen）{

　　uchar i;

　　for（i=strlen; i》0; i--）{

　　send_char_com（*str）;

　　str++;

　　DogReset（）;

　　}

　　}

　　uchar Ad_Change（uchar channel）{

　　uint AD_Result_Temp = 0 ;

　　//---------------------將P1.0--P1.1設(shè)置成適合AD轉(zhuǎn)換的模式

　　/// P1 = 0xff; //將P1口置高，為A/D轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備

　　ADC_CONTR = ADC_CONTR|0x80; //1000，0000打開A/D轉(zhuǎn)換電源

　　P1M0 = 0x03; //0000，0011用于A/D轉(zhuǎn)換的P1.x口，先設(shè)為開漏

　　P1M1 = 0x03; //0000，0011P1.0--P1.1先設(shè)為開漏。斷開內(nèi)部上拉電阻

　　delay_ms（20）; //20

　　ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE0; //1110，0000 清ADC_FLAG，ADC_START位和低3位

　　ADC_CONTR = ADC_CONTR|（display_AD_channel_ID［channel］&0x07）; //設(shè)置當(dāng)前通道號(hào)

　　delay_ms（1）; //延時(shí)使輸入電壓達(dá)到穩(wěn)定

　　ADC_DATA = 0; //清A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器

　　ADC_LOW2 = 0;

　　ADC_CONTR = ADC_CONTR|0x08; //0000，1000ADCS ＝ 1，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

　　do { DogReset（）;}

　　while（（ADC_CONTR & 0x10）==0）; //0001，0000等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束

　　ADC_CONTR = ADC_CONTR&0xE7; //1110，0111清ADC_FLAG位，停止A/D轉(zhuǎn)換

　　AD_Result_Temp = （（AD_Result_Temp|ADC_DATA）《《2）|（ADC_LOW2&0x03）;

　　//保存返回AD轉(zhuǎn)換的 結(jié)果

　　//----------------------------轉(zhuǎn)換成可由串口顯示的字符

　　AD_channel_result［channel］［0］ = AD_Result_Temp/1000+0x30;

　　AD_channel_result［channel］［1］ = （AD_Result_Temp%1000）/100+0x30;

　　AD_channel_result［channel］［2］ = （AD_Result_Temp%100）/10+0x30;

　　AD_channel_result［channel］［3］ = AD_Result_Temp%10+0x30;

　　//------------------------串口監(jiān)視

　　// send_char_com（ADC_DATA）; //////發(fā)送轉(zhuǎn)換 的 到的 值，這里只是 高8位，值的轉(zhuǎn)換需要考慮

　　// send_char_com（ADC_LOW2）; //////發(fā)送轉(zhuǎn)換 的 到的 值，這里只是 低2位，值的轉(zhuǎn)換需要考慮

　　// send_string_com（AD_channel_result［channel］，4）;

　　delay_ms（10）; //

　　return（ADC_DATA）;

　　}

　　uchar AD_Filter（void）{

　　uchar i;

　　uchar cTemp［32］;

　　uchar cAverage;

　　for（i=32;i》0;i--）{

　　cTemp［i］=Ad_Change（0）;

　　cAverage=（（cAverage+cTemp［i］）》》1）;

　　}

　　return（cAverage）;

　　}

　　void InitCom（unsigned char BaudRate）{

　　switch （BaudRate）{

　　case 1： THTL = 64; break; //波特率300

　　case 2： THTL = 160; break; //600

　　case 3： THTL = 208; break; //1200

　　case 4： THTL = 232; break; //2400

　　case 5： THTL = 244; break; //4800

　　case 6： THTL = 250; break; //9600

　　case 7： THTL = 253; break; //19200

　　case 8： THTL = 255; break; //57600

　　default： THTL = 208; break; //1200

　　}

　　}

　　void Chip_initial（void）{

　　IE=0;

　　// 定時(shí)器控制字初始化

　　TMOD=0x21; // 定時(shí)器1為方式2，定時(shí)器0為方式1

　　TCON=0x50; // 設(shè)置外部中斷類型

　　T2CON=0x0d; // 選擇定時(shí)器1為波特率發(fā)生器，T2為捕獲工作方式

　　// ET2=1;

　　ET0=1; // 允許定時(shí)器0、定時(shí)器2中斷

　　// 外部中斷設(shè)置

　　EX0=0; // FFSK中斷初始時(shí)關(guān)閉，有載波時(shí)再開啟

　　EX1=0;

　　IT1=1; // 外部中斷0、1均為下降沿觸發(fā)

　　IT0=1;

　　// 啟動(dòng)定時(shí)器0

　　TH0=vT0HVal; // 啟動(dòng)定時(shí)器0

　　TL0=vT0LVal;

　　TR0=1;

　　InitCom（6）; //設(shè)置波特率為9600 1-7波特率300－19200

　　SCON = 0x50; //串口方式1，允許接收

　　TH1 = THTL;

　　TL1 = THTL;

　　PCON = 0x80; //波特率加倍控制，SMOD位

　　RI = 0; //清收發(fā)標(biāo)志

　　TI = 0;

　　TR1 = 1; //啟動(dòng)定時(shí)器

　　IP=0x02; //PT2=1

　　IPH=0x02; //PT2H=1，PT0H=1

　　EA=1;

　　delay_ms（10）; // 延時(shí)是為了避免定時(shí)器0無(wú)法產(chǎn)生中斷的問(wèn)題

　　}

　　void Para_initial（void）{

　　OutFlag=0;

　　cT01ms = vT01ms;

　　cT10ms = vT10ms;

　　// cT100ms = vT100ms;

　　cT01s = vT01S;

　　CS = 0; //設(shè)置CS為0不選任何的音源，如為1則選第1路

　　}

　　void system_initial（void）{

　　Chip_initial（）;

　　Para_initial（）;

　　DogReset（）; // 已針對(duì) STC89C58RD+ 作修改.06-04-06

　　}

　　void main（void）{

　　system_initial（）;

　　while（1）{

　　DogReset（）;

　　if（OutFlag）{

　　OutFlag=0;

　　send_char_com（AD_Filter（））;

　　}

　　}

　　}

　　void Trint0（void） interrupt 1 using 1{

　　TR0=0; // 時(shí)基1mS

　　TH0=vT0HVal;

　　TL0=vT0LVal;

　　TR0=1;

　　TF0=0;

　　if（！（--cT01ms））{

　　cT01ms=vT01ms;

　　if（?。?-cT10ms））{

　　cT10ms=vT10ms;

　　if（！（--cT01s））{

　　cT01s=vT01S;

　　OutFlag=1;

　　}

　　}

　　}

　　}

　　void ComInINT（void） interrupt 4 {

　　if （RI）{ //判斷是不收完字符

　　switch（SBUF）{

　　case 0x61： CS = 1; break; //根據(jù)SBUF設(shè)置CS　接收‘a(chǎn)bcde’調(diào)試方便

　　case 0x62： CS = 2; break;

　　case 0x63： CS = 3; break;

　　case 0x64： CS = 4; break;

　　case 0x65： CS = 0; break;

　　}

　　P1 = 255; //P1口全為高電平，4-7通過(guò)反相為低不選任何音源，0-3為高用于讀取按鍵

　　RI = 0; //RI清零

　　}

　　}

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