12位A/D转换器ADS7804与51单片机的接口及程序设计

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。

1 基本特点
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。ADS7804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，可极大简化没У牡缏飞杓坪陀布⒖商岣呦低车奈榷ㄐ浴DS7804采用CMOS工艺制造，转换速度快、功耗低（最大功耗为100mW）。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。
2 引脚及功能
ADS7804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。
a.电源类
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。
b.模数信号类
VIN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。
c.控制信号类
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。
3 启动A/D转换和读取转换结果
ADS7804启动转换和读取转换结果的时序比较特点，参见图2。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。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。ADS7804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。

表1 模拟电压和数字输出的关系
模拟输入初码形式的数字输出
二进制十六进制
9.99512V0111 1111 11117FF
4.88mV0000 0000 0001001
0V0000 0000 0000000
-4.88mV1111 1111 1111FFF
-10V1000 0000 0000800

4 与51单片机的接口
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。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。图3是一个ADS7804与51单片机的典型接口电路。
5 C语言程序设计
Franklin 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。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。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。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。
源程序如下：
# include<reg51.h>
# include<absacc.h>
# define N 128 /*定采样长度，如128点*/sbit BYTE=F1^0；
sbit RC=P1^1;
sbit BUSY=P1^2; /*定义特殊位*/
int XDATA array(N); /*在外部存储器内定义长度为N的有符号整数数组*/
int ADS7804(void)
{ uint ul,uh;int u;
RC=0; /*R/C低电平，进入转换模式*/
ul=XBYTE[0xffff]; /*产生读脉冲，启动A/D转换*/
while (BUSY= =0); /*等待转换完成*/
RC=1；BYTE=0; /*进入读模式，选择低字节*/
ul=XBYTE[0xffff]; /*读转换结果低8位*/
BYTE=1； /*选择高字节*/
uh=XBYTE[0xffff]&0x0f;/*读转换结果高4位*/
u=uh*256+ul; /*得到12位转换结果*/
if(u>=0x0800)
u=u 0xf000; /*如果为负值，则符号扩展*/
return(u); /*返回转换结果*/
}
uoid DAQ(uint interval)
{ uchar th,tl;
interval=interval-5;/*减去TF0清零和装载计数初值的时间5μs*/
th=255-(interval/256);
tl=255-(interval%256); /*计算计数初值*/
TMOD=0x01; /*定时器0，方式1 */
TH0=th; TL0=tl；/*装载计数初值*/
TR0=1；/*启动定时*/
for(I=0;i<N;i++)
{ do{}whilt(!TF0);/*查询等待TF0复位*/
TF0=0; /*清溢出标志*/
TH0=th;TL0=tl； /*装载计数初值*/
Array[i]=ADS7804(); /*采样、存储*/
}
TR0=0; /*停止定时*/
}
6 结束语
ADS7804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。