12位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7804與51單片機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)

摘要：ADS7804是美國BURR-BROWN公司推出的一種新型12位A/D轉(zhuǎn)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(jī)的接口方法，同時給出了用C語言編寫的數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用程序。

1 基本特點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及各類用單片機(jī)（或微處理器）構(gòu)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(zhuǎn)換器變換為數(shù)字信號后才能送入計(jì)算機(jī)。與8位和16位的A/D轉(zhuǎn)換器相比，12位A/D轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)部含有采樣保持、電壓基準(zhǔn)和時鐘等電路，可極大簡化用戶的電路設(shè)計(jì)和硬件開鎖，并可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

ADS7804采用CMOS工藝制造，轉(zhuǎn)換速度快、功耗低（最大功耗為100mW）。

該A/D轉(zhuǎn)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。

2 引腳及功能

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。

a.電源類

數(shù)字電源VDIG和模擬電源VANA通常一起接到5V電源上。數(shù)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(nèi)部可產(chǎn)生2.5V基準(zhǔn)電壓。CAP為參考電壓所需電容，對地接2.2μF鉭電容。

b.模數(shù)信號類

VIN為輸入的模擬信號。D11～D0為數(shù)字量并行輸出口，DZ（19～22腳）是為了使管腳與16位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7805兼容而設(shè)的，可懸空。

c.控制信號類

CS（輸入）為片選信號，R/C（輸入）為讀取結(jié)果/模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號，BUSY（輸出）用于指示轉(zhuǎn)換是否完成，BYTE（輸入）信號用來控制從總線讀出的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)還是低字節(jié)。

3 啟動A/D轉(zhuǎn)換和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

ADS7804啟動轉(zhuǎn)換和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的時序比較特點(diǎn)，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(zhuǎn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換；在經(jīng)過大約8μs以后，轉(zhuǎn)換完成，BUSY腳電平相應(yīng)變高；再把R/C腳電平拉高，這樣，CS腳脈沖的下降沿即把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。

因?yàn)檗D(zhuǎn)換結(jié)果為12位，所以對8位單片機(jī)而言，必須分兩次讀入，這個功能由BYTE腳實(shí)現(xiàn)。當(dāng)BYTE腳為高電平時，數(shù)據(jù)總線上輸出高字節(jié)，反之，輸出低字節(jié)。

ADS7804轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字結(jié)果是以補(bǔ)碼形式給出的，現(xiàn)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(bǔ)碼形式的數(shù)字輸出關(guān)系，-10V～9.99512V為量程，4.88mV為電壓分辨率。

表1 模擬電壓和數(shù)字輸出的關(guān)系

4 與51單片機(jī)的接口

因?yàn)锳DS7804的CS信號脈沖寬度要求為40ns～6μs之間，而對于單片機(jī)而言，只要對外部設(shè)備進(jìn)行讀操作，即會產(chǎn)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(jī)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(jī)的PI口、并行口擴(kuò)展芯片8155或8255等的端口。

圖3是一個ADS7804與51單片機(jī)的典型接口電路。

5 C語言程序設(shè)計(jì)

Franklin C51交叉編譯器是專為51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種高效的C語言編譯器，使用它可以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，而且開發(fā)出的系統(tǒng)易于維護(hù)，可靠性高，可移植性好。

下面介紹用C語言編寫的單點(diǎn)和定長數(shù)據(jù)采集子程序，假設(shè)所用的晶振頻率為12MHz。

單點(diǎn)采樣子程序ADS7804（）用來返回一個有符號整數(shù)形式的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

定長采樣子程序DAQ（）根據(jù)入口參數(shù)interval（單位為μs）給定的采樣間隔采樣N點(diǎn)，并采用查詢51單片機(jī)內(nèi)置定時器的方式來控制采樣時序，N點(diǎn)采樣結(jié)果存儲在定位于外部存儲器的數(shù)組array中。需要注意的是，賦給計(jì)數(shù)寄存器TH和TL的值是定時器從開始計(jì)數(shù)到溢出所用的時間，這個時間再加上清TF和裝載計(jì)數(shù)初值所需的時間（共5個機(jī)器周期，對于12MHz晶振即為5μs）才是所要的采樣間隔，這一點(diǎn)在程序設(shè)計(jì)中必須注意。

源程序如下：

# includereg51.h>

# includeabsacc.h>

# define N 128 /*定采樣長度，如128點(diǎn)*/sbit BYTE=F1^0；

sbit RC=P1^1;

sbit BUSY=P1^2; /*定義特殊位*/

int XDATA array(N); /*在外部存儲器內(nèi)定義長度為N的有符號整數(shù)數(shù)組*/

int ADS7804(void)

{ uint ul,uh;int u;

RC=0; /*R/C低電平，進(jìn)入轉(zhuǎn)換模式*/

ul=XBYTE[0xffff]; /*產(chǎn)生讀脈沖，啟動A/D轉(zhuǎn)換*/

while (BUSY= =0); /*等待轉(zhuǎn)換完成*/

RC=1；BYTE=0; /*進(jìn)入讀模式，選擇低字節(jié)*/

ul=XBYTE[0xffff]; /*讀轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位*/

BYTE=1； /*選擇高字節(jié)*/

uh=XBYTE[0xffff]0x0f;/*讀轉(zhuǎn)換結(jié)果高4位*/

u=uh*256+ul; /*得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果*/

if(u>=0x0800)

u=u 0xf000; /*如果為負(fù)值，則符號擴(kuò)展*/

return(u); /*返回轉(zhuǎn)換結(jié)果*/

}

uoid DAQ(uint interval)

{ uchar th,tl;

interval=interval-5;/*減去TF0清零和裝載計(jì)數(shù)初值的時間5μs*/

th=255-(interval/256);

tl=255-(interval%256); /*計(jì)算計(jì)數(shù)初值*/

TMOD=0x01; /*定時器0，方式1 */

TH0=th; TL0=tl；/*裝載計(jì)數(shù)初值*/

TR0=1；/*啟動定時*/

for(I=0;iN;i++)

{ do{}whilt(!TF0);/*查詢等待TF0復(fù)位*/

TF0=0; /*清溢出標(biāo)志*/

TH0=th;TL0=tl； /*裝載計(jì)數(shù)初值*/

Array[i]=ADS7804(); /*采樣、存儲*/

}

TR0=0; /*停止定時*/

}

6 結(jié)束語

ADS7804為12位的A/D轉(zhuǎn)換器，它不僅分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快，而且接口方便，電路簡單、應(yīng)用靈活，因而具有廣泛的應(yīng)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。