模-数转换原理

ADC的转换原理根据ADC的电路形式有所不同。 ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。 ADC电路的形式很多，通常可以并为两类：

间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。这种通常是采用时钟脉冲计数器，它又被称为计数器式。它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。

直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。

模—数转换的过程有四个阶段，即采样、保持、量化和编码。

采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。

量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。

我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。

然而，量化和编码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号的过程。在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。两者合称采样保持器。

八位串行A/D转换器ADC0832简介

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。

ADC083X是市面上常见的串行模—数转换器件系列。ADC0831、ADC0832、ADC0834、ADC0838是具有多路转换开关的8位串行I/O模—数转换器，转换速度较高（转换时间32uS），单电源供电，功耗低（15mW），适用于各种便携式智能仪表。本章以ADC0832为例，介绍其使用方法。

ADC0832是8脚双列直插式双通道A/D转换器，能分别对两路模拟信号实现模—数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。ADC0832采用串行通信方式，通过DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。8位的分辨率（最高分辨可达256级），可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 ADC0832 具有以下特点： · 8位分辨率； · 双通道A/D转换；

· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； · 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； · 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； · 一般功耗仅为15mW；

· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；

· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为-40°C to +85°C；

图3 ADC0832引脚图

芯片接口说明：

· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。

· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 · CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 · GND 芯片参考零电位（地）。 · DI 数据信号输入，选择通道控制。 · DO 数据信号输出，转换数据输出。 · CLK 芯片时钟输入。

· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） ADC0832的工作原理：

正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时使用并与单片机的接口是双向的，所以在I/O口资源紧张时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第一个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前DI端应输入两位数据用于选择通道功能。

通道地址

SGL/DIF

0 0 1 1

ODD/SIGN

0 1 0 1

0 + - +

单端输入方式

+

通道

工作方式说明

1 -

差分方式

+

表1：通道地址设置表

如表1所示，当此两位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当两位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当两位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就

失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出Data0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。时序说明请参照图4。

作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0—5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，即（5/256）V。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。 ADC0832的工作时序

图4 ADC0832工作时序

ADC0832软硬件设计实例

通过以上的理论学习之后，对模—数转换应该有了一定的了解，接下来就根据上文的指导，对ADC0832进行实际应用，以加深印象。本实例功能是将通道1上采样到的电压显示在LED数码管上，通过改变通道1的输入电压变化，观察输出读数。 硬件原理图