TLC549与AT89C51单片机的接口应用.pdf

嵌入式单片机方向—单片机C语言程序项目设计 51单片机连接A/D 的应用实例 8.1任务说明 1）了解模拟与数字信号之间的转换原理，掌握TLC 548/549的工作原理和波形图。 2）学会TLC548/549程序设计方法，了解本芯片在单片 机系统中的应用。 8.2 A/D转换器的分类 下面简要介绍常用的几种A/D转换器的基本原理及特 点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/ 串并行型、∑-Δ调 制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135 ） 积分型A/D工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽 度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字 值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由 于转换精度依赖于积分时间， 因此转换速率极低。初期的单片A/D转换器大多采用积分 型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2 ）逐次比较型（如TLC0831 ） 逐次比较型A/D 由一个比较器和D/A转换器通过逐次 比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压 与内置D/A转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。 其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低 分辩率（12位）时价格便宜，但高精度（12位）时价 格很高。 3 ）并行比较型/ 串并行比较型（如TLC5510 ） 并行比较型A/D采用多个比较器，仅作一次比较而实 行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的 转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也 高，只适用于视频A/D转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型A/D结构上介于并行型和逐次比较型之 间，最典型的是由2个n/2位的并行型A/D转换器配合D/A转 换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半 快速)型。还有分成三步或多步实现A/D转换的叫做分级 （Multistep/Subrangling）型A/D ，而从转换时序角度又可 称为流水线（Pipelined）型A/D ，现代的分级型A/D 中还 加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这 类A/D速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 4 ）∑-Δ调制型（如AD7705 ） ∑-Δ型A/D 由积分器、比较器、1位D/A转换器和数字 滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成 时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。 电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨 率。主要用于音频和测量。 5 ）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型A/D在内置D/A转换器中采用电容 矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列D/A 转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度 的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用 低廉成本制成高精度单片A/D转换器。最近的逐次比较型 A/D转换器大多为电容阵列式的。 6 ）压频变换型（如AD650 ） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过 间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模 拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。 从理论上讲这种A/D 的分辨率几乎可以无限增加，只要采 样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的 宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外 部计数电路共同完成A/D转换。 8.3 A/D转换器的主要技术指标 ⑴分辨率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模 拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称 精度，通常以数字信号的位数来表示。 ⑵转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转 换到数字的A/D转换所需的时间的倒数。积分型A/D 的转换 时间是毫秒级属低速A/D ， 逐次比较型A/D是微秒级属中A/D ，全并行/ 串并行型A/D可 达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换 的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换 速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。 常用单位是Ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（Kilo / Million Samples per Second）。 ⑶量化误差(Quanti