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二月 6 2020

ADC0804的工作原理

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ADC0804ADC0804TexasInstrumentsA/D转换器8位(0~255)135ms

  集成A/D转换器品种繁多,选用时应综合考虑各种因素选取集成芯片。一般逐次比较型A/D转换器用的比较多,ADC0804就是这类单片集成A/D转换器。ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器。

  一、主要特点

  (1)模数转换时间大约100us;

  (2)方便TTL或CMOS标准接口;可以满足差分电压输入;

  (3)具有参考电压输入端;

  (4)内含时钟发生器;

  (5)单电源工作时(0~5)V输入电压范围是0~5V;

  (6)不需要调零。

ADC0804引脚图

  ADC0804引脚图

  二、转换原理

  ADC0804是属于连续渐进式(Successive ApproximaTIon Method)的A/D转换器,这类型的A/D转换器除了转换速度快(几十至几百us)、分辨率高外,还有价钱便宜的优点,普遍被应用于微电脑的接口设计上。

  以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理,动作步骤如下表示(原则上先从左侧最高位寻找起)。

  第一次寻找结果:10000000 (若假设值≤输入值,则寻找位=假设位=1)

  第二次寻找结果:11000000 (若假设值≤输入值,则寻找位=假设位=1)

  第三次寻找结果:11000000 (若假设值》输入值,则寻找位=该假设位=0)

  第四次寻找结果:11010000 (若假设值≤输入值,则寻找位=假设位=1)

  第五次寻找结果:11010000 (若假设值》输入值,则寻找位=该假设位=0)

  第六次寻找结果:11010100 (若假设值≤输入值,则寻找位=假设位=1)

  第七次寻找结果:11010110 (若假设值≤输入值,则寻找位=假设位=1)

  第八次寻找结果:11010110 (若假设值》输入值,则寻找位=该假设位=0)

  这样使用二分法的寻找方式,8位的A/D转换器只要8次寻找,12位的A/D转换器只要12次寻找,就能完成转换的动作,其中的输入值代表图1的模拟输入电压Vin

  ADC0804工作过程如下图所示,ADC0804的工作时序图(TIming Diagrams): (欲详细了解工作过程,可以结合ADC0804使用手册)

  三、工作过程及原理

  图2给出的其实就是使ADC0804正确工作的软件编程模型。由图可见,实现一次ADC转换主要包含下面三个过程:

  1.启动转换:由图2中的上部“FIGURE 10A”可知,在CS信号为低电平的情况下,将WR引脚先由高电平变成低电平,经过至少tW(WR)I 延时后,再将WR引脚拉成高电平,即启动了一次AD转换。

  注:ADC0804使用手册中给出了要正常启动AD转换WR的低电平保持时间tW(WR)I的最小值为100ns,即WR拉低后延时大于100ns即可以,具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现,不用太精确,只要估计插入的延时大于100ns即可。

  2.延时等待转换结束:依然由图2中的上部“FIGURE 10A”可知,由拉低WR信号启动AD采样后,经过1到8个Tclk+INTERNAL Tc延时后,AD转换结束,因此,启动转换后必须加入一个延时以等待AD采样结束。

  注:手册中给出了内部转换时间“INTERNAL Tc”的时间范围为62~73个始终周期,因此延时等待时间应该至少为8+73=81个时钟周期。比如,若R为150K, C为150pF,则时钟频率为Fclk=1/1.1RC=606KHz,因此时钟周期约为Tclk=1/Fclk=1.65us。所以该步骤至少应延时81*Tclk=133.65us. 具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现,不用太精确,只要估计插入的延时大于133.65us即可。

  3.读取转换结果:由图2的下部“FIGURE 10B”可知,采样转换完毕后,在CS信号为低的前提下,将RD脚由高电平拉成低电平后,经过tACC的延时即可从DB脚读出有效的采样结果。

  注:手册中给出了tACC的典型值和最大值分别为135ns和200ns,因此将RD引脚拉低后,等待大于200ns后即可从DB读出有效的转换结果。具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现,不用太精确,只要估计插入的延时大于200ns即可。

ADC0804手册给出的ADC转换时序图

  图2 ADC0804手册给出的ADC转换时序图

ADC0804手册给出的电器特性表

  图3 ADC0804手册给出的电器特性表

  对采样值进行运算变换,换算出实际的滑动变阻器输入电压值。 对于任何一个A/D采样器而言,其转换公式如下:

转换公式

  总结

  本文总结了ADC0804的特点、转换原理、工作过程以及原理。总而言之,ADC0804是一款早期的AD转换器,并且因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。

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