基于A(yíng)DC081S051與51單片機的接口電路及驅動(dòng)程序

引言

自然界存在的信號通常為模擬信號，在測控系統中通常將采集到的模擬信號數字化，然后交給微處理器或微控制器進(jìn)行處理。因此模數轉換器成為測控系統中不可缺少的部分。ADC081S051 模數轉換器是國家半導體公司生產(chǎn)的低功率單通道CMOS 8位A/D轉換器，它采用串行外設接口方式進(jìn)行數據輸出。與傳統的器件不同的是，傳統器件的采樣速率是固定的，而ADC081S051 的采樣速率可以在200~500 KSPS 范圍內可變。

ADC081S051 的數據輸出是串行數據輸出，它與SPI、QSPI 等一些標準相兼容。它的工作電壓范圍在2.7~5.25 V,因此可以采用3 V或者5 V電源供電。它可以應用于便攜式系統、遠程數據采集、儀器與控制系統等領(lǐng)域。具有體積小、轉換速度快、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1 ADC081S051 引腳及功能

ADC081S051 是8 位的逐次逼近模數轉換器，其封裝形式采用6?lead LLP封裝，管腳圖如圖1所示。引腳的功能簡(jiǎn)要分類(lèi)說(shuō)明如下。

VA:正電源引腳，一般接+5 V或者+3 V.

GND:正電源地和信號地VIN:模擬信號輸入引腳，信號變化范圍在0~VA之間。

SCLK:數字時(shí)鐘信號輸入，該信號直接控制轉換和輸出過(guò)程。

SDATA:數字信號輸出，輸出采樣在SCLK 引腳下降沿被鎖定。

C-S-:芯片選擇，在下降沿開(kāi)始一個(gè)轉換過(guò)程。

2 ADC081S051 的使用方法

2.1 采樣放大電路的設計

傳感器輸出的模擬信號一般都比較微弱，須經(jīng)過(guò)放大器對信號進(jìn)行放大，然后在送到A/D轉換器進(jìn)行模數轉換，最后交由處理器進(jìn)行處理。

圖2是一個(gè)實(shí)用的采樣放大電路，它由兩級放大電路組成，第一級放大電路采用AD620AN放大器，第二級采用OP07 放大器。傳感器的輸出信號接到AD620AN放大器的第2、3 管腳，采用差動(dòng)輸入，AD620AN具有極高的輸入阻抗，對電壓失調、溫度漂移和共模信號有著(zhù)極好的抑制作用，AD620AN的放大倍數由電阻R1 決定。經(jīng)過(guò)AD620AN放大后的信號，經(jīng)過(guò)兩個(gè)RC一階低通濾波器，送到第二級放大電路OP07的同相輸入端進(jìn)行放大。

第二級放大電路具有調零和放大功能。放大后的信號又經(jīng)過(guò)一個(gè)RC一階低通濾波器，輸入到ADC081S051模擬信號輸入引腳VIN,進(jìn)行模數轉換。

2.2 轉換過(guò)程

ADC081S051的串行接口時(shí)序圖如圖3所示。上電后，片選C-S 必須從高電平轉換到低電平，才能開(kāi)始一個(gè)工作過(guò)程。當C-S 由高變低時(shí)，它初始化一個(gè)轉換過(guò)程和數據傳輸。在C-S 的下降沿，SDATA 管腳脫離高阻態(tài)，轉換器從采樣模式轉換到保持模式，采樣數據隨著(zhù)SCLK時(shí)鐘脈沖的加入，在時(shí)鐘脈沖的下降沿從SDATA管腳一位一位串行輸出。在SCLK 的第13個(gè)脈沖的上升沿，轉換器從保持模式轉換到采樣模式。SCLK的第16個(gè)下降沿之后或者在C-S 的上升沿，SDATA管腳重新回到高阻態(tài)。在一個(gè)轉換過(guò)程完成之后在C-S 重新變成低電平開(kāi)始另一個(gè)轉換過(guò)程之前必須滿(mǎn)足一定的空閑時(shí)間，才能保證下一次轉換工作正常。要想從ADC081S051 讀出一個(gè)完整的采樣數據，在C-S 下降沿和上升沿之間，必須加入16個(gè)SCLK 時(shí)鐘脈沖，否則讀出的數據是無(wú)效數據。從SDATA管腳輸出的數據格式是，3個(gè)先導0位，接著(zhù)是8位數據位，在8位數據位之后接著(zhù)是4個(gè)尾部0位。

3 ADC081S051 與51 系列單片機的接口及采集程序

目前使用的51系列單片機通常不帶SPI硬件接口，為了使不帶SPI 硬件接口的單片機與ADC081S051 連接，可以用并口和軟件功能來(lái)實(shí)現SPI功能。其硬件接口如圖4所示。

下面是采用C51編寫(xiě)的A/D轉換程序，ad_data是采樣值。

4 結語(yǔ)

本文介紹了ADC081S051的主要特點(diǎn)、工作原理以及應用，因為ADC081S051 具有低功耗、采樣轉換速度快、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能廣泛應用于測控系統、便攜式系統等領(lǐng)域中，本設計經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證，性能可靠。