模擬信號(hào)的幅度一般隨時(shí)間變化而連續(xù)變化。以下就是不同性質(zhì)模擬量的波形

而單片機(jī)中一般運(yùn)算用的是數(shù)字量（0/1的組合），這就涉及到了外圍電路需要有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程。顧名思義是把輸入的模擬信號(hào)盡可能無失真地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

如果把數(shù)字量形容成是一個(gè)個(gè)分塊儲(chǔ)存信息的模塊，那模擬量這種連續(xù)的信息在轉(zhuǎn)換過程中要盡可能避免信息的喪失。處不來講轉(zhuǎn)換的思路就是把數(shù)字量分塊，以數(shù)字的形式轉(zhuǎn)換至數(shù)字量中。如數(shù)字量為有六位（000000-111111），那么就可以把模擬量均等分為64份，每份中儲(chǔ)存著轉(zhuǎn)換過來的相應(yīng)信息。

但是這個(gè)只是我們的初步思路，從原理上講，一般的A/D轉(zhuǎn)換分為采樣保持，量化和編碼三個(gè)過程。采樣的量一般是電壓（電流不好?。?，通過一定的采樣保持時(shí)間過后把采樣的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并按一定形式的0/1編碼順序給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，這就是得到了相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。框圖如下：

下面分別介紹相應(yīng)的理論知識(shí)。

1.采樣定理：（信號(hào)里面基本接觸過，還可以參考無失真系統(tǒng)需要具備的條件等知識(shí)）

采樣定理反映了采樣信號(hào)頻率與輸入信號(hào)頻率之間的制約關(guān)系，可理解為采樣信號(hào)的頻譜（低通濾波器）一定要包含輸入信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容。

因?yàn)槊看螌⒉蓸与妷恨D(zhuǎn)化為數(shù)字量需要一定的時(shí)間，所以采樣后也必須把采樣電壓保持一段時(shí)間，故在采樣過程中最后反應(yīng)出的Vi都是采樣結(jié)束時(shí)候的值。

2.量化與編碼

數(shù)字信號(hào)一定是在數(shù)值上離散的。且任何一個(gè)數(shù)字量都會(huì)是一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)字量的整數(shù)倍。

故選取一個(gè)最小的變量作為單位變量。將模擬電壓與之相除后就能得出相應(yīng)的數(shù)字二進(jìn)制代碼，經(jīng)推算也可以得出對(duì)應(yīng)的模擬電平。

上圖的單位變量就為1/8V，量化誤差（每?jī)蓚€(gè)單位間隔中可能出現(xiàn)的最大誤差）也是1/8.

這其中有一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)。怎么設(shè)計(jì)電路使其有采樣和保持的功能。

簡(jiǎn)單的采樣保持電路如下圖所示，其將MOS管作為啟動(dòng)和停止的開關(guān)，將信號(hào)通過反相放大器后得出輸出電壓。

這里的場(chǎng)效應(yīng)管也有反相截止的功能。即當(dāng)輸入由高轉(zhuǎn)低時(shí)，電流無法通過場(chǎng)效應(yīng)管。

對(duì)于這種采樣速度低的電路，可以有以下改進(jìn)

VL引腳控制著開關(guān)的閉合，當(dāng)為高電平時(shí)開關(guān)打開。模擬電壓可經(jīng)過兩級(jí)跟隨器傳至Vo

當(dāng)VL由高變低時(shí)，還有電容Ch放電提供相應(yīng)電壓，電平得以維持。

當(dāng)輸入的電壓比較大，超出了開關(guān)所能承受的最大電壓時(shí)，引入一個(gè)二極管電路，通過單向?qū)ǖ男再|(zhì)可以起到分壓的作用，且當(dāng)電壓合適時(shí)該電路不起分壓作用。

常用的A/D轉(zhuǎn)換器有直接A/D轉(zhuǎn)換器（并行型/反饋比較型）以及間接A/D（需要轉(zhuǎn)成T，f等中間變量后再轉(zhuǎn)換）

1.直接

（1）并行A/D：由電壓比較器，寄存器以及編碼器三部分組成

電壓比較器是對(duì)輸入電壓進(jìn)行分類，如圖所示，運(yùn)放的負(fù)極接模擬電平大小為2n-1/15（n=1，2，……7）的端口，分壓電阻每?jī)蓚€(gè)電阻之間的節(jié)點(diǎn)都接在VI引出的這條總線上。進(jìn)行電壓比較后將比較結(jié)果數(shù)據(jù)傳到寄存器。寄存器設(shè)置的目的是因?yàn)楸容^結(jié)果可能會(huì)有變化，待穩(wěn)定后通過譯碼器部分對(duì)相應(yīng)的結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)字變量。各種變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下

這種電路特點(diǎn)是傳輸速度較快，但缺點(diǎn)是隨著二進(jìn)制數(shù)字量位數(shù)的增加，需要比較器的數(shù)量呈指數(shù)型增長(zhǎng)（2^n-1），且自帶采樣保持功能

（2）反饋比較型A/D

引入一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器傳送數(shù)字信號(hào)至D/A，轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)后在電壓比較器這里與VI按位做比較，若一致就直接傳送至計(jì)數(shù)器，不一致通過比較器后也會(huì)變?yōu)檎_的那一項(xiàng)，按位比較重復(fù)多次后，計(jì)數(shù)器將數(shù)據(jù)傳送至輸出寄存器。因?yàn)樵诒容^過程中數(shù)字不斷變化，故設(shè)置了輸出寄存器。這樣就可以起到逐步逼近模擬量的功能。

（3）逐次比較器

為了進(jìn)一步提升比較的速度，設(shè)計(jì)了逐次比較器。下圖是三位逐次比較器的原理圖

引入了具有鎖存功能的d觸發(fā)器，三位得出比較結(jié)果分別上接三個(gè)RS觸發(fā)器，在比較器C的正極輸入前又加入了累加器，減去了半個(gè)量化誤差。當(dāng)要輸出的位數(shù)越小時(shí)，時(shí)鐘端的頻率就越高，處理速度就會(huì)越快

2.間接比較器

一般使用的是V-T比較和V-F比較兩類

剩下一個(gè)問題是關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換的參數(shù)指標(biāo)。

大致有分辨率（轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力），轉(zhuǎn)換誤差（實(shí)際輸出與理論輸出之間的差別）轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換時(shí)間四類。主要介紹分辨率及轉(zhuǎn)換時(shí)間

1.分辨率：輸入位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，分辨率就越高。

eg：5V是一個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸入最大值，若要輸入8位二進(jìn)制數(shù)，則有分辨率5/2^8V=19.53mV

2.轉(zhuǎn)換時(shí)間：

即在實(shí)際運(yùn)用中，需要綜合考慮選用哪一種轉(zhuǎn)換器最為合適

eg：

每個(gè)熱電偶平均1/16s的轉(zhuǎn)換時(shí)間，上述比較器都能用。

從0.1°C可知該轉(zhuǎn)換器要求的分辨率為1/4500 通過最大電壓范圍0.025/2^n《=1/4500就可得出位數(shù)。

接著介紹集成A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法。

因?yàn)椴煌募煞绞较聦?duì)接口可以有不同的處理方式，一般逐次性轉(zhuǎn)換器用的比較多，常用型號(hào)是ADC0804，實(shí)物圖如下

需要注意的端口如下：

因?yàn)楸救耸褂玫氖枪煜槔蠋煹腡X-1C增強(qiáng)版，現(xiàn)給出該開發(fā)板上ADC0804的接口方法

引入了74HC573鎖存器，他的Q7端（12引腳）接了AD芯片的片選端口，則可通過控制鎖存器來控制AD

ADIN與AD芯片之間連接要加限流電阻，以免因?yàn)殡娏鬟^大燒毀芯片

而引入R和C，在CLK，CLKR以及GND之間構(gòu)建振蕩電路，是為芯片提供工作所需的脈沖

也要記住WRˉˉˉˉˉˉ\overline{WR}

WR

與RDˉˉˉˉˉ\overline{RD}

RD

分別接了單片機(jī)的P3.6和P3.7接口，這個(gè)在編程中定義端口時(shí)要用到

在這里十分重要的是芯片啟動(dòng)的時(shí)序圖，在編程中需要對(duì)圖中的先后次序以及涉及到機(jī)器周期方面的細(xì)節(jié)有所體現(xiàn)，這才算告訴編譯器一個(gè)時(shí)序變化的全過程

下圖是寫入數(shù)據(jù)時(shí)的過程

我們?cè)趯憜纹瑱C(jī)程序啟動(dòng)AD時(shí)應(yīng)該遵循上面的時(shí)序

下面是讀取數(shù)據(jù)的過程

具體代碼如下

#include《reg52.h》

#include《intrins.h》

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit dula=P2^6;

sbit wela=P2^7;

sbit adwr=P3^6; //讀寫的端口定義

sbit adrd=P3^7;

uchar code table［］=

{0x3f，0x06，0x5b，0x4f，

0x66，0x6d，0x7d，0x77，

0x7f，0x6f，0x77，0x7c，

0x39，0x5e，0x79，0x71

};

void delayms（uint xms）

{

uint i，j;

for（i=xms;i》0;i--）

for（j=110;j》0;j--）;

}

void display（uchar bai，uchar shi，uchar ge）

{

dula=1;

P0=table［bai］;

dula=0;

wela=1;

P0=0x7e;//從右到左，為0的位是所選中位

wela=0;

delayms（5）;

dula=1;

P0=table［ge］;

dula=0;

wela=1;

P0=0x7d;

wela=0;

delayms（5）;

dula=1;

P0=table［ge］;

dula=0;

wela=1;

P0=0x7b;

wela=0;

delayms（5）;//記得加延時(shí)

}

void main（）

{

uchar a，A1，A2，A3，adval;//A1-A3為三位顯示在主函數(shù)中的變量名

//adval是中間變量

wela=1;

P0=0x7f;//初值

wela=0;

while（1）

{

adwr=1;//寫的全過程（類似于波形）

_nop_（）;

adwr=0;

_nop_（）;

adwr=1;

for（a=10;a》0;a--）//由于開發(fā)板頻率較低，搞出點(diǎn)延時(shí)來

{

display（A1，A2，A3）;

}

P1=0xff;//初始化

adrd=1;//讀過程

_nop_（）;//機(jī)器周期延時(shí)

adrd=0;

_nop_（）;

adval=P1;//把P1的值讀入

adrd=1;//高電平抬起

A1=adval/100;

A2=adval%100/10;

A3=adval%10;

}

}

l=P1;//把P1的值讀入

adrd=1;//高電平抬起

A1=adval/100;

A2=adval%100/10;

A3=adval%10;

}

}

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