基于ADC081S051與51單片機的接口電路及驅動程序

引言

自然界存在的信號通常為模擬信號，在測控系統(tǒng)中通常將采集到的模擬信號數(shù)字化，然后交給微處理器或微控制器進行處理。因此模數(shù)轉換器成為測控系統(tǒng)中不可缺少的部分。ADC081S051 模數(shù)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行數(shù)據(jù)輸出。與傳統(tǒng)的器件不同的是，傳統(tǒng)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(shù)據(jù)輸出是串行數(shù)據(jù)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(tǒng)、遠程數(shù)據(jù)采集、儀器與控制系統(tǒng)等領域。具有體積小、轉換速度快、使用簡單等優(yōu)點。

1 ADC081S051 引腳及功能

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

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(shù)字時鐘信號輸入，該信號直接控制轉換和輸出過程。

SDATA:數(shù)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，在下降沿開始一個轉換過程。

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)過放大器對信號進行放大，然后在送到A/D轉換器進行模數(shù)轉換，最后交由處理器進行處理。

圖2是一個實用的采樣放大電路，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極好的抑制作用，AD620AN的放大倍數(shù)由電阻R1 決定。經(jīng)過AD620AN放大后的信號，經(jīng)過兩個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)過一個RC一階低通濾波器，輸入到ADC081S051模擬信號輸入引腳VIN,進行模數(shù)轉換。

2.2 轉換過程

ADC081S051的串行接口時序圖如圖3所示。上電后，片選C-S 必須從高電平轉換到低電平，才能開始一個工作過程。當C-S 由高變低時，它初始化一個轉換過程和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)隨著SCLK時鐘脈沖的加入，在時鐘脈沖的下降沿從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)。在一個轉換過程完成之后在C-S 重新變成低電平開始另一個轉換過程之前必須滿足一定的空閑時間，才能保證下一次轉換工作正常。要想從ADC081S051 讀出一個完整的采樣數(shù)據(jù)，在C-S 下降沿和上升沿之間，必須加入16個SCLK 時鐘脈沖，否則讀出的數(shù)據(jù)是無效數(shù)據(jù)。從SDATA管腳輸出的數(shù)據(jù)格式是，3個先導0位，接著是8位數(shù)據(jù)位，在8位數(shù)據(jù)位之后接著是4個尾部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實現(xiàn)SPI功能。其硬件接口如圖4所示。

下面是采用C51編寫的A/D轉換程序，ad_data是采樣值。

4 結語

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