原创 12位A/D转换器ADS7804与51单片机的接口及程序设计

摘要：ADS7804是美国BURR-BROWN公司推出的一种新型12位A/D转换器。文中介绍了它的特性与功能，给出了一种简洁而新颖的与51单片机的接口方法，同时给出了用C语言编写的数据采集的应用程序。

qvymZ0    关键词：模/数转换 单片机 接口 C语言 ADS7804电子园51单片机学习网-[.PP)m2D bo'Rj

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1 基本特点电子园51单片机学习网0Y G|3N!wJ gg

Z/{FtC0在计算机控制系统及各类用单片机（或微处理器）构成的智能仪器仪表中，外部的各种模拟信号必须通过A/D转换器变换为数字信号后才能送入计算机。与8位和16位的A/D转换器相比，12位A/D转换器以其较高的性能价格比而在仪器仪表中得到广泛的应用。电子园51单片机学习网5tMZ V}

*[ u-@ W@]Ni8y3p0ADS7804 芯片采用28脚0.3英寸PDIP（塑料双列直插式）封装，两列管脚间距为0.3英寸，比一般DIP28封装窄一倍，所以俗称瘦型DIP；ADS7804 采用单5V电源供电；芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路，可极大简化用户的电路设计和硬件开锁，并可提高系统的稳定性。

H;\W|we R u0 电子园51单片机学习网~aYF"R

ADS7804采用CMOS工艺制造，转换速度快、功耗低（最大功耗为100mW）。电子园51单片机学习网x9iB |C,uk i5fP

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该A/D转换器采用逐次逼近式工作原理，单通道输入，模拟输入电压的范围为±10V，采样速率为100kHz。

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2 引脚及功能电子园51单片机学习网:Q7x| \p4u

$?^$o&EK7S.u fqd0ADS7804共有28个引脚，图1为基引脚图。这些引脚大体上可以划分为3类。电子园51单片机学习网.ZGe sLz;?

c"`Q(jR t0a.电源类电子园51单片机学习网6}#jY/H/U.Q]$v

^(K'O@n4`6]R'xz0数字电源VDIG和模拟电源VANA通常一起接到5V电源上。数字地DGND和模拟地AGND1、AGND2通常共地。REF为参考电压端，通常对地接2.2μF钽电容，芯片内部可产生2.5V基准电压。CAP为参考电压所需电容，对地接2.2μF钽电容。

eaYb/_ }#q}jN0 电子园51单片机学习网 D |lvT3r%PGb

b.模数信号类

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_J|(jKx0?Y8v:}0VIN为输入的模拟信号。D11～D0为数字量并行输出口，DZ（19～22脚）是为了使管脚与16位A/D转换器ADS7805兼容而设的，可悬空。

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a})~$o+_!GH0c.控制信号类

`){*j.X9{;P/ak'd0 电子园51单片机学习网(msF*FJyr'o

CS（输入）为片选信号，R/C（输入）为读取结果/模数转换控制信号，BUSY（输出）用于指示转换是否完成，BYTE（输入）信号用来控制从总线读出的数据是转换结果的高字节还是低字节。电子园51单片机学习网(|SNMwo

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3 启动A/D转换和读取转换结果电子园51单片机学习网NW6ql v7^$X

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ADS7804启动转换和读取转换结果的时序比较特点，参见图2。

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首先将R/C脚电平变低；然后在CS脚输入一个脉冲并在其下降沿启动A/D转换，此脉冲的宽度要求在40ns～6μs之间；这时BUSY脚电平拉低表示正在进行转换；在经过大约8μs以后，转换完成，BUSY脚电平相应变高；再把R/C脚电平拉高，这样，CS脚脉冲的下降沿即把转换结果输出到数据总线上。电子园51单片机学习网U6Hz!BI`mAM

e"cSb/n8nj Nh U0因为转换结果为12位，所以对8位单片机而言，必须分两次读入，这个功能由BYTE脚实现。当BYTE脚为高电平时，数据总线上输出高字节，反之，输出低字节。电子园51单片机学习网k+r et-^f*d

eP]1X%|a"H'n"^0ADS7804转换得到的数字结果是以补码形式给出的，现给出几组有特定含义的值，表1所列即为ADS7804的模拟电压与其补码形式的数字输出关系，-10V～9.99512V为量程，4.88mV为电压分辨率。电子园51单片机学习网TH,m5mk3B

v.@*u^d0表1 模拟电压和数字输出的关系电子园51单片机学习网3i xB#W"j'Q"d r

模拟输入	初码形式的数字输出
	二进制	十六进制
9.99512V	0111 1111 1111	7FF
4.88mV	0000 0000 0001	001
0V	0000 0000 0000	000
-4.88mV	1111 1111 1111	FFF
-10V	1000 0000 0000	800

\9L/q/Z4XyiD04 与51单片机的接口电子园51单片机学习网2^-[:xC BQ:j8G

yCPteP1oH$Z0因为ADS7804的CS信号脉冲宽度要求为40ns～6μs之间，而对于单片机而言，只要对外部设备进行读操作，即会产生RD脉冲，其宽度为6个振荡周期，如采用12MHz的晶振，其脉冲宽度为500ns，所以将ADS7804的CS脚接单片机的RD信号是再合适不过了。

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T M:TZ#?6V})_ u0至于R/C、BUSY和BYTE信号，只需连接到普通的锁存功能的端口即可，如单片机的PI口、并行口扩展芯片8155或8255等的端口。

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G1u,FUTa8h0图3是一个ADS7804与51单片机的典型接口电路。

!S0~'l(nmi#x1a0 电子园51单片机学习网 ^[;jh@5U

5 C语言程序设计电子园51单片机学习网 F#e-| r%MWf"w/G)x3E

&EY$|F[*WD0Franklin C51交叉编译器是专为51系列单片机设计的一种高效的C语言编译器，使用它可以缩短开发周期，降低开发成本，而且开发出的系统易于维护，可靠性高，可移植性好。电子园51单片机学习网3Q$R c:y"H

电子园51单片机学习网 ybM#?6YO-_

下面介绍用C语言编写的单点和定长数据采集子程序，假设所用的晶振频率为12MHz。电子园51单片机学习网.b)HkN&R-u(|0\

N Pj/EgVpi p0单点采样子程序ADS7804（）用来返回一个有符号整数形式的转换结果。电子园51单片机学习网h6q7_/E9F wjo!v

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定长采样子程序DAQ（）根据入口参数interval（单位为μs）给定的采样间隔采样N点，并采用查询51单片机内置定时器的方式来控制采样时序，N点采样结果存储在定位于外部存储器的数组array中。需要注意的是，赋给计数寄存器TH和TL的值是定时器从开始计数到溢出所用的时间，这个时间再加上清 TF和装载计数初值所需的时间（共5个机器周期，对于12MHz晶振即为5μs）才是所要的采样间隔，这一点在程序设计中必须注意。电子园51单片机学习网ZzH*OI D:u6G

j8j'f]:A {H0源程序如下：

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"h'A`&~HR2Ptu U)E0# include<reg51.h>

!G,[yu wDM0 电子园51单片机学习网1K@ my$_!T|q

# include<absacc.h>电子园51单片机学习网_dQ-g3^u\j"t

电子园51单片机学习网8^r&bw/iy)Q+B

# define N 128 /*定采样长度，如128点*/sbit BYTE="F1"^0；电子园51单片机学习网t"T3E{+zp)Y|

L c qK"F;E0sbit RC="P1"^1;

m!^X&gWJ0

7XBr)hK])DY @0sbit BUSY="P1"^2; /*定义特殊位*/电子园51单片机学习网mDs{_ ~B Hj6~S

1{+p+x'm4t6e.\0v!c0int XDATA array(N); /*在外部存储器内定义长度为N的有符号整数数组*/电子园51单片机学习网7ZX+EKn3|cIT

R h%R @%NZ']6x#Aq4D0int ADS7804(void)电子园51单片机学习网 JN%n'X*A auV

~(m[fr e4n0{ uint ul,uh;int u;电子园51单片机学习网y@\-@+o*y] qu5Q

电子园51单片机学习网0tG#I&|2Zn&o_-~

RC=0; /*R/C低电平，进入转换模式*/

a,KyC7i e(]0

|,h*A7_2?WPI0ul=XBYTE[0xffff]; /*产生读脉冲，启动A/D转换*/电子园51单片机学习网.Fj&oc#F3pT%l-i

} T5t"~3w'I+W B`$M0while (BUSY= =0); /*等待转换完成*/电子园51单片机学习网8B9m"I5O+BX9i@P

f5J R:iU8dT u7{0RC=1；BYTE=0; /*进入读模式，选择低字节*/电子园51单片机学习网(?'y}SZ%o'})s'G

电子园51单片机学习网A/I]La

ul=XBYTE[0xffff]; /*读转换结果低8位*/

'd:|U3m$e X MV*hA0 电子园51单片机学习网+uzp]J?

BYTE=1； /*选择高字节*/电子园51单片机学习网mp)h2qz

.J X)@ v @u0uh=XBYTE[0xffff]&0x0f;/*读转换结果高4位*/电子园51单片机学习网O$l hkV#{

电子园51单片机学习网f LJK5`df

u=uh*256+ul; /*得到12位转换结果*/

H/w#DJB'{'N[0

!ETR+~cl0if(u>=0x0800)电子园51单片机学习网f q3fCF k)W_

h hPH\t0u=u 0xf000; /*如果为负值，则符号扩展*/电子园51单片机学习网"`c2RMI(bm1Z'h

电子园51单片机学习网+iCh:~"mzY

return(u); /*返回转换结果*/

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}

"Tqp_ Zz8J5R0

A6a*` ~%^lx0?lB0uoid DAQ(uint interval)

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Q"cRVCJ|6h0{ uchar th,tl;

)]rE0D7\s [0 电子园51单片机学习网Ik'd/o)^g

interval=interval-5;/*减去TF0清零和装载计数初值的时间5μs*/电子园51单片机学习网#F7q C3Im

电子园51单片机学习网;i {"G5e%Px

th=255-(interval/256);

j'xa|[E0

_#{.[.A_0tl=255-(interval%256); /*计算计数初值*/电子园51单片机学习网-q h,l h*n

9g!M}.xE0TMOD=0x01; /*定时器0，方式1 */电子园51单片机学习网~5\\m!O;LX)Cb

电子园51单片机学习网/{C YgZ3x1GWt

TH0=th; TL0=tl；/*装载计数初值*/电子园51单片机学习网P5Zsj mN

/x[!QbRYT0TR0=1；/*启动定时*/

o"| _%^ on0

a9p ApK0I-o:W0for(I=0;i<N;i++)

|u H"Q7c^ I3~0 电子园51单片机学习网&Gwo0s*k5d)f]

{ do{}whilt(!TF0);/*查询等待TF0复位*/

:O1e!z}5e7p+|0

k$?3dk'Z`(t0TF0=0; /*清溢出标志*/

kX"}XHz8{0 电子园51单片机学习网nB'JFCK'mw2H,L

TH0=th;TL0=tl； /*装载计数初值*/

"W6F2S[ C0 电子园51单片机学习网!k~/Bx5r tvP!@

Array=ADS7804(); /*采样、存储*/

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4F KP p#HZ'[$P f-E!Q0}电子园51单片机学习网y$Y1J,~}/h0C4?!T

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TR0=0; /*停止定时*/

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6 结束语电子园51单片机学习网7J {3e dn7X#Z w

a&oF T}0C^0ADS7804为12位的A/D转换器，它不仅分辨率高、转换速度快，而且接口方便，电路简单、应用灵活，因而具有广泛的应用前景。笔者在DLRS-1型检波器低频接收灵敏度特性测量仪中使用了ADS7804，取得了很好的效果。电子园51单片机学习网&db:I_!`cM