模数转换电路设计与实现

变量观察窗口 特别提示：可通过Ctrl+F2快捷键复位程序计数器PC
6. A/D电路故障检测方法
·检查
引脚有无脉冲信号输出 VCC
V ccRE F 20
C2 WR
DATA
INTR
RD
Vi
VCC
6 Vin (+)
7 8
Vin (-) A-GND
9 Vref/2
1 9 CLK-R
ls b DB0 1 8 DB1 17 DB2 16 DB3 15 DB4 14 DB5 13 DB6 12
仿真器 电源插头
变
单片机板
送
器 板
电源板
模/数转换板 单片机仿真头
2. 调试环境 调试平台：电子工程设计训练调试台
测试设备：单片机仿真器 单片机应用系统板 模/数转换电路板 40MHz双踪示波器
调试方法：调整变送器电路在正常工作状态，连 接变送器输出至模/数转换电路输入。 运行测试程序，改变调试台温度设置 值，检查单片机采集到的数据是否正 确，如果不正确按照故障诊断预案进 行诊断分析，并且排除故障。
化
Vi
wk.baidu.com

V

Data
Vref 28
DATA 为 1 时的 Vi 表示最小电压变化
·误差 --- ±1LSB
实测值与理论值得差值，包括零点误差、满量 程误差和线性误差。
·转换时间 --- 100微秒 从发出转换命令到转换结束的时间
四.安装结构
+5V +5V
模数转换输入
-12V -12V +12V +12V GND GND
加法器 工作范围：
Vi 0 ~ 5V Vi max 5V
VO
R
K3
1 0
2.5V
Vi max 21
R K2 1
0 1.25V Vi max 22
R K1 1
0 0.625V Vi max 23
R
K0 1
0
0.3125V Vi max 24
使 V 逼近 Vi 过程 （类似天平称重原理）：
K 3 1, K 2 0, K1 0, K 0 0 V 2.5V ,VO 0 K 3 1, K 2 1, K1 0, K 0 0 V 3.75V ,VO 1 K 3 1, K 2 0, K1 1, K 0 0 V 3.125V ,VO 0 K 3 1, K 2 0, K1 1, K 0 1 V 3.43V ,VO 0
检查方法可参考数/模转换电路的故障检查方法。
特别提示： 、 接反也可能导致电路不能正 常工作，而误以为ADC0804损坏。
3. A/D调试汇编程序
ABC:
DELAY: JPP:
MOV MOVX CALL MOV MOVX CALL JMP MOV MOV DJNZ DJNZ RET END
DPTR,#2000H @DPTR,A DELAY DPTR,#2000H A,@DPTR DELAY ABC R7,#02H R6,#0H R6,$ R7,JPP
ls b DB0 1 8 DB1 17 DB2 16 DB3 15 DB4 14 DB5 13 DB6 12
msb DB7 1 1
INTR 5 CS 1 RD 2 WR 3
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
INTR
C2
RD
WR
3. ADC0804的主要技术指标
·分辨率 --- 8位
表示能够分辨的最小电压变
模/数转换电路
+5V P3.2 RST D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P3.4 GND
+5V ALE WR RD A4 A3 A2 A1 C4 C3 C2 C1 GND
五.使用集成调试环境调试A / D电路模块
1. 调试系统组成
PC机通信电缆插头
设 单片机仿真器 置 温 度 显 示 窗 口
Vi

V

Data
Vref 24
DATA --- 模/数转换结果
ADC0804 为 8 位模/数转换电路，其转换结果 与模拟输入电压的关系写为：
Vi

V

Data
Vref 28
2. ADC0804引脚功能及与8051单片机接口设计
·
引 脚 功 能 Vi
Vcc
Vref 2
时钟电路 控制电路
DPTR,#2000H @DPTR,A A,@DPTR ABC
（C程序）
#include<reg51.h> #include<absacc.h> #define C2 XBYTE[0x2000] void main(void) {
unsigned char x; while(1) { C2=x; x=C2;} }
开关状态：
K 3( 2.5 ) 1
K 2(1.25) 0
近似电压：
K K 1(0.625)
0(0.3125)
1
1
--- 数字表示的模拟量
V 1 2.5 01.25 10.625 10.3125 Vi
·用数/摸转换电路实现的逐次逼近式A/D转换器
Vi V
4bit D A
5. A/D电路模块调试方法
·改变设置温度，运行A/D测试程序，检查模/数
转换结果。
在调试台上通过+10按键不断改变温度数值
温度显示窗口
温度设置按钮
采用断点方式运行程序，观察累加器A内容应在 00—FF之间随所设温度正比变化，否则电路有故障。
表达式观察窗口内容 通用寄存器观察窗口内容
运行C调试程序，观察变量窗口，相应变量应在 00—FF之间随所设温度正比变化，否则电路有故障。
CLKR CLK IN
CS
WR INTR
输 逐次逼近寄存器 出
锁
存
DAC
器
DATA
RD
CS WR
DATA
INTR
RD
· 接口设计
Vi
VCC
C2 WR
INTR
RD
DATA
VCC
V ccRE F 20
6 Vin (+)
7 8
Vin (-) A-GND
9 Vref/2
1 9 CLK-R 4 CLK-IN
⑵ ADC0804 8 位逐次比较（逐次逼近）型典型产品，具有
MCU 兼容接口，使用方便；分辩率和转换速度都 能够满足设计要求，且价格低廉。
三. 8位 A/D 转换器 ADC0804 的接口设计
1. ADC0804工作原理及特性
·逐次逼近式A/D转换器基本工作原理
Vi 3.44V 比较器
R
V
4. A/D调试C程序
#include<reg51.h> #include<absacc.h> #define C2 XBYTE[0x2000] #define TIMER 0x8000 void delay(void); void main(void) {
unsigned char x; while(1) { C2=x; delay(); x=C2; delay(); } } void delay(void) { unsigned char i; for(i=0;i<TIMER;++i); }
至变送器输出。
· 无脉冲信号输出，表明ADC0804未正常工作。 查电源是否正确连接。
若电源连接正常，查CLK-IN引脚是否有锯齿波 信号输出，若没有输出检查相关元件连接是否正确， 若频率过高（正常约为640KHz）检查元件参数是否 有误。如果元件连接及元件参数无误仍无信号输出， 则ADC0804损坏。
并行比较型：用多个比较器，仅作一次比较而 实行转换。优点：转换速率极高；分辩率高时电路 规模大、价格也高，只适用于低分辨率高速场合 ；
压频转换型：将模拟信号转换成频率，然后用 计数器将频率转换成数字量 ，从理论上讲其分辨率 几乎可以无限增加。优点：分辩率高、功耗低、价 格低；但是需要外部计数电路共同完成AD转换 ；
若CLK-IN引脚有正常的锯齿波信号输出，可修 改测试程序，将延时子程序或延时函数去掉，加快程 序循环的时间，检查转换控制信号 、 和数据读 取控制信号 、 是否正常。
若上述控制信号正常，则可能是ADC0804损坏。
·用于检查控制信号的简化程序如下：
（汇编程序）
ABC:
MOV MOVX MOVX JMP END
01101100， 10110001， …
模拟量 t
转换控制 数字量
2. 常用A / D电路的特点 ⑴ 基本原理
积分型：将电压转换成脉宽信号或频率，由定 时器/计数器获得数字值。优点：分辨率高；缺点： 转换速率极低 ；
逐次比较型 ：由比较器和DA转换器通过逐次 比较逻辑构成，经n次比较而输出数字值。优点： 速度较高、功耗低，在<12位分辩率时价格便宜 ；
模/数转换电路设计与实现
模/数转换电路设计与实现
一.基本要求
输入信号范围： 0V~+5V
分辨率：
8bit
精度：
1LSB
转换时间： < 1ms
安装：
独立电路板结构
二.模/数 A / D 电路选择
1. A/D---模拟量→数字量转换电路
模拟量 V V
转A转器A/器换D/换D 转换控制
数字量 DATA
msb DB7 1 1
D0 D1 D2
D3 D4 D5 D6
D7
·
有脉冲信号输出，
4 CLK-IN
表明ADC0804工作正常。
INTR 5 CS 1 RD 2 WR 3
INTR
C2
RD WR
查数据线是否漏接， 若A/D转换结果数值不随设
置温度正比变化检查数据线是否错接；查Vin(-)是否接
GND；查 Vin(+) 是否有变化，如无变化，逆向检查直
数摸转 换电路
VO
Vref 5V
比较器
数字量输入
模拟量输出 输出
V V DataV 2 D D D D 3 3(2 )
2
2(2 )
1
1(2 )
0
0(2 )

4 ref
O
１０ ０ ０
2.5V
０
１１ ０ ０
3.75V
１
１０ １ ０
3.125V
０
１０ １ １
3.4315V
０
模/数转换结果
·模/数转换结果与模拟输入电压的关系