逐次比较型adc原理 逐次逼近型adc原理 微机原理实验4-逐次比较式ADC0809

实验三 逐次比较式A/D转换器0809的原理及编程

一、实验目的

1. 熟悉逐次逼近式A/D转换器芯片的工作原理。

2. 了解A/D转换芯片0809的接口设计方法。 3. 掌握A/D转换器0809简单的应用编程。

二、实验任务

1. 分析本实验模板的电路原理，它与EPP接口数据传送的方法，所使用的端口地址。 2. 编写出逐次逼近式A/D转换器芯片0809的转换与显示的控制程序。

三、实验原理

1．电路组成及转换原理

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件。8位A/D转换器的转换方法为逐次逼近法。在A/D转换器内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带有模拟开关数组的256电阻分压器，以及一个逐次逼近的寄存器。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。其原理图如图3－1所示。

START

6

CLOCK

7

转换结束（中断）EOC

IN75IN64

模拟量输入

IN53IN42IN31IN2IN1IN08通道多路模拟

开关

VxVc

W1W2

控

制辑

D7D6D5D4D3D2D1D0ENABLE

数字量输出

逐次逼近型寄存器

SAR

开关树组

地址选择

ABC

输出缓

三冲

态锁存器

地址锁存器和译码器

256R电阻分压器

9

ALE地址锁存允许

VccGNDVREF(+)

VREF(-)

图3－1 ADC0809内部原理图

从图中可以看出，ADC0809由两部分组成，第一部分为八通道多路模拟开关，控制C、B、A和地址锁存允许端子，可使其中一个通道被选中。第二部分为一个逐次逼近型A/D转换器，它由比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、逐次逼近寄存器以及开关数组和256R梯型解码网络组成，由后两种电路（开关数组和256R梯型电阻）组成D/A转换器。控制逻辑用来控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取“1”，然后将此数字量送到开关数组（8位开关），以控制开关K7～K0是否与参考电压相连。参考电压经256R梯型电阻输出一个模拟电压Vc，Vc与输入模拟量Vx在比较器中进行比较。当Vc>Vx时，该位Di＝0；若Vc≤Vx，则Di=1。因此，从D7～D0比较8次，逐次逼近寄存器中的数字量，即与模拟量Vx所相当的数字量相等。此数字量送入输出寄存器，并同时发出转换结束信号。

2．ADC0809的引脚功能

ADC0809的引脚，如图3－2所示。

IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3 ENEBLECLOCK

VccVREF(+)GNDD1

12

282726252423

IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREF(-)D2

3456722ADC080982192010191118121314

171615

图3－2 ADC0809引脚图

图5－2所示各引脚功能如下：

⑴ IN7～IN0：八个模拟量输入端。

⑵ START：启动A/D转换，当START为高电平时，A/D转换开始。

⑶ EOC：转换结束信号。当A/D转换结束后，发出一个正脉冲，表示A/D转换完毕。此信号可用作A/D转换是否完成的检测信号或向CPU申请中断的信号（需加一级反相器）。

⑷ OUTPUT ENABLE：输出允许信号。当此信号被选中时，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。此信号即为ADC0809的片选信号，高电平有效。

⑸ CLOCK：实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率。 ⑹ ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A/D转换器。

⑺ ADDA、ADDB、ADDC：通道号端子，C为最高位，A为最低位。 ⑻ D7～D0：数字量输出端。

⑼ Vref(＋)，Vref(－)：参考电压端子，用来提供D/A转换器权电阻的标准电平。一般Vref(＋)=＋5V，Vref(－)=0V。

⑽ Vcc：电源电压，接＋5V。

⑾ GND：接地端。

ADC0809的主要性能如下： ⑴ 分辨率为8位。

⑵ 总的不可调误差为±1LSB。

⑶ 工作时钟典型值为640KHZ，转换时间约为100μs。 ⑷ 采用单＋5V电源。

⑸ 模拟量的输入电平范围为0～5V，不需要零点和满度调节。 ⑹ 具有8通道闩锁开关控制，可以直接接入8个单端模拟量。 ⑺ 数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。 ⑻ 低功耗为15mW。

⑼ 温度范围为－40oC～＋85oC。

ADC0809的典型应用，如图3－3所示。

INT

口地址INT

图3－3 ADC0809典型应用

图3－3是ADC0809的一种典型接法。参考电压的Vref(＋)接＋5V，Vref(－)接地，

8个通道的模拟量输入电压Vi=0～5V。当Vi＝0V时，A/D转换输出为

00H,

当Vi＝Vref

时，A/D转换器输出为FFH。EOC作为中断请求信号，可根据系统总线的要求选用INT或/INT信号。START和ALE连接在一起，利用其上升沿锁存通道地址信号A、B、C，在下降沿开始A/D转换。

3．时序图

ADC0809的时序图，如图3－4所示。

ALE地址总线

稳定

模拟输入稳定

STARTEOC输出允许OUTPUT ENEBLEDATA

图3－4 ADC0809时序图

从图可以看出，启动脉冲START和地址锁存允许脉冲ALE的上升沿将地址送上地址总线，模拟量经C、B、A选择开关所指定的通道送到A/D转换器。在START信号下降沿的作用下，逐次逼近过程开始，在时钟的控制下，一位一位地逼近。此时，转换结束信号EOC呈低电平状态。由于逐次逼近需要一定的过程，所以，在此期间内，模拟输入值应维持不变，比较器要一次次进行比较，直到转换结束。此时，如果计算机发出一个输出允许命令（EOC呈高电平），则可读出数据。

4．编程原理

根据ADC0809的工作原理，对它的操作步骤如下： ⑴对EPP接口进行初始化，选择模拟量输入通道。 ⑵发出启动脉冲。

⑶查询转换结束信号EOC的值，等待转换结束。 ⑷转换结束后读取转换结果。 其流程图如图3－5所示。

开始

初始化

（EPP初始化，送通道地址）

启动ADC0809

读取EOC状态值

EOC=1？

N

Y

读取ADC0809输出值

结束

图3－5 ADC0809编程流程图

四、校准测量原理

由于采集系统长期工作，其零点将会产生漂移，同时，元器件参数的变化会使通道增益发生变化，它们均会引起检测误差。在智能化的数据采集系统中，利用微机的数据存储与运算的功能，可对零点漂移进行补偿，对通道增益变化也可进行自动校准。ADC0809的0通道经放大器LM324与模拟开关4052的通道接通转换内部标准电压4.096V和外部直流信号，需要经过校准。

具体实现过程可参阅后面的演示实验。

校准原理如图3－6所示，图中Uos为折算到放大器输入端的等效零漂，So为0V的选择开关，Sr为基准电压Ur的选择开关，Sx为被测电压Ux的选择开关，No

、Nr、Nx分别为A/D转换器的相应输出的数字量。

So

0V

Sr

Ur

Sx

Ux

Uos

Uin

NoNrNx

K

KUin0809A/D转换器

图3－6 校准测量原理图

校准过程如下：

⑴ 零点检测。

将输入端接地（图3－6中的So接通），即模拟开关4052的三通道接通（通道选择码BA=11），此时Ui＝0，0809的输出数字量为

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