用单片机+ADC0804实现电压的AD转换AD采样，LCD1602显示电压

一、A/D转换器简介

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。主要特点是：模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口。工作电压：+5V，属于连续渐进式（Successive ApproximaTIon Method）的A/D转换器。

单片机内集成的A/D转换，一般都有相应的特殊功能寄存器来设置A/D的使能标志，参考电压，转换频率，通道选择，A/D输入口的属性(模拟量输入还是普通的I/O口)，启动，停止控制等。有了这些寄存器，使得我们控制单片机的模拟量采集变得非常方便。

A/D转换的基本原理是：将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参考电平的比例来求得输入电平的测量值(V测=V参*(AD量化值/AD转换的最大值))。有些MCU A/D转换的参考电平可以选择由一个外部引脚输入，这样使得用户可以对A/D转换进行更好的控制。值得注意的一点就是A/D转换的输入电平必须比参考电平低或相等，不然测试的结果就会有很大的偏差。

二、ADC0804芯片的介绍

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。

1、A/D转换概念
即模数转换，输入模拟量（比如电压信号），输出一个与模拟量对应的数字量（常为二进制形式）。例如参考电压VREF为5V，采用8位的模数转换器时，当输入电压为0V时，输出的数字量为0000 0000,当输入的电压为5V时，输出的数字量为1111 1111.当输入的电压从0V到5V变化时，输出量从0000 0000到1111 1111变化。这样每一个输入电压值对应一个输出数字量，即实现模数转换。

2、分辨率概念
分辨率是指使输出数字量变化1时的输入模拟量，也就是使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟量的变化值。
分辨率与A/D转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS/2^n。FS表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。例如对于5V的满量程，采用4位的ADC时，5V/16=0.3125V（也就是说当输入的电压值每增加0.3125V，输出的数字量增加1）；采用8位的ADC时，分辨率为5V/256=19.5mV（也就是说当输入的电压每增加19.5mV，则输出的数字量增加1）；当采用12位的ADC时，分辨率则为5V/4096=1.22mv（也就是说当输入的电压每增加1.22mV，则输出的数字量增加1）。显然位数越多，分辨率越高。

3、ADC0804引脚功能

CS:芯片片选信号，低电平有效。即CS = 0时，该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使用不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。

WR:启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即WR信号由低电平变成高电平时，触发一次ADC转换。

RD：低电平有效，即RD=0时，ADC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0~DB7读出本次的采样结果。

VIN(-)和VIN(+):模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN(+)端，VIN(-)端接地。双边输入时VIN(+)、VIN(-)分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”是，可在VIN(-)接一等值的零点补偿电压，变化时自动从VIN(+)中减去这一电压。

VREF/2:参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则ADC的参考电压为该外接电压的两倍，如不接，则VREF与VCC公用电源电压，此时ADC电压即为电源电压VCC的值。

CLKIN:外电路提供时钟脉冲输入端，外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK=1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz~1460KHz。

CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与 CLKIN 端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为 1/1.1RC。

AGND和DGND:分别接模拟地和数字地。

INTR:转换结束输出信号，低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起INTR=0,实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的INT0,INT1脚），当产生INTR信号有效时，还需等待RD=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将INTR引脚悬空。

DB0~DB7:输出A/D转换后的8位二进制结果。

ADC0804 的两模拟信号输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。

4、ADC0804的时序
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ADC0804 转换器的工作时序如下图 所示。

AD转换器的设计接口电路图:

图中，ADC0804 数据输出线与AT89C51 的数据总线直接相连，AT89C51 的RD 、
WR 和INT1直接连到ADC0804，由于用P1.0 线来产生片选信号，故无需外加
地址译码器。当AT89C51 向ADC0804 发WR (启动转换)、RD (读取结果)信号时，
只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。

工作原理如下：

ADC0804 是属于逐次逼近式（Successive Approximation Method）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，其中的输入值代表模拟输入电压 Vin。

内部结构

 

 

三、ADC0804 作用与用途如下：

Vin（+）、Vin（-）：两个模拟信号输入端，可以接收单极性、双极性和差模输入信号。

DB0-DB7：具有三态特性数字信号输出端，输出结果为八位二进制结果。

CLKIN：时钟信号输入端。
CLKR:内部时钟发生器的外接电阻端，与 CLK 端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率计算方式是：fck=1/(1.1RC）。

ADC0801~0805 片内有时钟电路，只要在外
部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK≈1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHZ，
转换速度为100μｓ。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从CLKI 端送入，此时不接R、C。
允许的时钟频率范围为100KHZ～1460KHZ。
INTR （引脚5）： INTR 是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。如果将CS 和WR 端与INTR 端相连，则ADC0804 就处于自动循环转换状态。

CS：片选信号输入端，低电平有效。

CS ＝0 时，允许进行A/D 转换。WR 由低跳高时A/D 转换开始，8 位逐次比较
需8×8=64 个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要66～73 个时钟周期。
在典型应用fCLK＝640KHZ 时，转换时间约为103μｓ～114μｓ。当fCLK 超过640KHZ，转
换精度下降，超过极限值1460KHZ 时便不能正常工作。

WR：写信号输入端，低电平启动 AD 转换。

RD：读信号输入端，低电平输出端有效。

INTR：转换完毕中断提供端，AD 转换结束后，低电平表示本次转换已完成。

VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。参考电压VＲＥＦ/2 可以由外部电路供给，从“VＲＥＦ/2”端直接送入，VＲＥＦ/2 端电压值应是输入电压范围的二分之一。所以输入电压的范围可以通过
调整VＲＥＦ/2 引脚处的电压加以改变，转换器的零点无需调整。

VCC：芯片电源 5V 输入。

AGND:模拟电源地线。

DGND:数字电源地线。

ADC0804 典型接法。

打开ADC0804的数据手册，我们可以看到以下典型的电路接法:

 

图4 

我们可以用仿真软件画出来：

图5接下来，我们分析一下上图的工作原理:

①ADC0804的片选端CS连接U2锁存哭的Q7输出端，我们可通过控制锁存器来控制CS，这样接的原因是TX-1C实验板扩展的外围太多，没有多余的I/O口独立控制ADC0804的CS端，所以选择U2。

② VIN(+)接电位器的中间滑动端，VIN(-)接地，因为这两端可以输入差分电压，即它可测量VIN(+)与VIN(-)之间的电压，当VIN(-)接地时，VIN(+)端的电压即为ADC0804的模拟输入电压。VIN(+)与电位器之间串联一个10kΩ电阻，目的是限制流入VIN(+)端的电流，防止电流过大而烧坏A/D芯片，当用短路帽短接插针ADIN后，电位器的中间滑动端便通过电阻R12与VIN(+)连接，此时调节电位器的旋钮，其中间滑动端的电压便在0～VCC变化，进而ADC0804的数字输出端也在0x00~0xFF变化。

③ CLKR，CLR，GND之间用电阻和电容组成RC振荡电路，用来给ADC0804提供工作所需的脉冲，其脉冲的频率为1/(1.1RC)，按芯片手册上说明，R取10kΩ,C取150pF,TX-1C实验板上为了减少元件种类和焊接方便，C选用的是104磁片电容。大家在设计自己的电路时，可选择150pF电容，否则会影响A/D的转换速率。

④ VREF/2端用两个1kΩ的电阻分压得到VCC/2电压，即2.5V，将该电压作为A/D芯片工作时内部的参考电压。

⑤WR#、 RD#分别接单片机的P3.6和P3.7引脚，数字输出端接单片机的P1口。

⑥ 将AGND和DGND同时连接到实验板的GND上。我们在设计产品时，若用到A/D和D/A，一般这些芯片都提供独立的模拟地(AGND)和数字地(DGND)引脚，为了达到精度高，稳定性好的目的，最好将所有器件的模拟地和数字地分别连接，最后将模拟地与数字地仅在一点连接。

⑦ INTR#引脚未连接，TX-1C实验板上读取A/D数据未用中断法，因此可不接该引脚。数字芯片在操作时首先要分析它的操作时序图，图4.4.6是ADC0804的启动转换时序图。

ADC0804转换时序图:

分析上图5可知，CS先为低电平，WR#随后置低，经过至少tW(WR#)L时间后，WR#拉高，随后A/D转换器被启动，并且在经过(1～8个A/D时钟周期+内部TC)时间后，模/数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，通知单片机本次转换已结束。关于几个时间的大小在芯片手册中都有说明。

我在写单片机程序启动A/D转换时就要遵循上面的时序，由于TX-1C实验板未用中断读取A/D数据，因此我们在启动A/D转换后，稍等一会儿时间，然后直接读取A/D的数字输出口即可。读取结束启动一次A/D转换，如此循环下去。力4.4.7是ADC0804读取数据时序图。

图6分析上图可知，CS先为低电平，WR#随后置低，经过至少tW(WR#)L时间后，WR#拉高，随后A/D转换器被启动，并且在经过(1～8个A/D时钟周期+内部TC)时间后，模/数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，通知单片机本次转换已结束。关于几个时间的大小在芯片手册中都有说明。

我在写单片机程序启动A/D转换时就要遵循上面的时序，由于TX-1C实验板未用中断读取A/D数据，因此我们在启动A/D转换后，稍等一会儿时间，然后直接读取A/D的数字输出口即可。读取结束启动一次A/D转换，如此循环下去。力下图是ADC0804读取数据时序图。

图7

分析上图可知，当INTR#变为低电平后，将CS#先置低，在RD#置低至少经过tACC时间后，数字输出口上的数据达到稳定状态，此时直接读取数字输出端口数据便可得的数字信号，读走数据后，马上将RD#拉高，然后再将CS#拉高，INTR#是自动变化的，当RD#置低tR1时间后，INTR#自动拉高，我们不必人为去干涉。

图6和图7是ADC0804启动转换和读取数据的时序图，这是启动一次和读取一次数据的时序图，当我们要连续转换并且连续读取数据时，有没有必要每次都把CS#置低再位高，因为CS#是片选信号，置低表示该芯片可被操作或处于能够正常工作状态，所以在写程序时，只要一开始将CS#置低，以后当要启动转换和读取数据时只需操作WR#和RD#即可。

　四、ADC0804工作过程及原理

下面图8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6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6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6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。

图8 ADC0804手册给出的ADC转换时序图

 

　　图9  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：

 

五、ADC0804在单片机中的简单应用举例

下面我们做个仿真：将电位器的输出电压进行AD转换，然后把转换的结果在1602上进行展示。

AD转换程序：
用ADC0804芯片实现对电压的采集；
用LCD1602显示电压值；
采集误差位0.05V;
附件包含完整程序和仿真实际；
文件中含有ADC0804芯片介绍。

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）

 

引用：

https://blog.csdn.net/Wan_shibugong/article/details/92425576
http://www.elecfans.com/dianyuan/578199.html
http://news.eeworld.com.cn/mcu/2018/ic-news111941990.html
https://www.docin.com/p-1213954251.html

资源标识：2300_AD转换