基于ADC081S051与51单片机的接口电路及驱动程序 (1) 微处理器, 转换器, 单片机, 控制器, 半导体

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引言　　自然界存在的信号通常为模拟信号，在测控系统中通常将采集到的模拟信号数字化，然后交给微处理器或微控制器进行处理。因此模数转换器成为测控系统中不可缺少的部分。ADC081S051 模数转换器是国家半导体公司生产的低功率单通道CMOS 8位A/D转换器，它采用串行外设接口方式进行数据输出。与传统的器件不同的是，传统器件的采样速率是固定的，而ADC081S051 的采样速率可以在200~500 KSPS 范围内可变。
　　ADC081S051 的数据输出是串行数据输出，它与SPI、QSPI 等一些标准相兼容。它的工作电压范围在2.7~5.25 V,因此可以采用3 V或者5 V电源供电。它可以应用于便携式系统、远程数据采集、仪器与控制系统等领域。具有体积小、转换速度快、使用简单等优点。
　　1 ADC081S051 引脚及功能
　　ADC081S051 是8 位的逐次逼近模数转换器，其封装形式采用6?lead LLP封装，管脚图如图1所示。引脚的功能简要分类说明如下。

　　VA:正电源引脚，一般接+5 V或者+3 V.
　　GND:正电源地和信号地VIN:模拟信号输入引脚，信号变化范围在0~VA之间。
　　SCLK:数字时钟信号输入，该信号直接控制转换和输出过程。
　　SDATA:数字信号输出，输出采样在SCLK 引脚下降沿被锁定。
　　C-S-:芯片选择，在下降沿开始一个转换过程。
　　2 ADC081S051 的使用方法
　　2.1 采样放大电路的设计
　　传感器输出的模拟信号一般都比较微弱，须经过放大器对信号进行放大，然后在送到A/D转换器进行模数转换，最后交由处理器进行处理。
　　图2是一个实用的采样放大电路，它由两级放大电路组成，第一级放大电路采用AD620AN放大器，第二级采用OP07 放大器。传感器的输出信号接到AD620AN放大器的第2、3 管脚，采用差动输入，AD620AN具有极高的输入阻抗，对电压失调、温度漂移和共模信号有着极好的抑制作用，AD620AN的放大倍数由电阻R1 决定。经过AD620AN放大后的信号，经过两个RC一阶低通滤波器，送到第二级放大电路OP07的同相输入端进行放大。
　　第二级放大电路具有调零和放大功能。放大后的信号又经过一个RC一阶低通滤波器，输入到ADC081S051模拟信号输入引脚VIN,进行模数转换。
　　2.2 转换过程
　　ADC081S051的串行接口时序图如图3所示。上电后，片选C-S 必须从高电平转换到低电平，才能开始一个工作过程。当C-S 由高变低时，它初始化一个转换过程和数据传输。在C-S 的下降沿，SDATA 管脚脱离高阻态，转换器从采样模式转换到保持模式，采样数据随着SCLK时钟脉冲的加入，在时钟脉冲的下降沿从SDATA管脚一位一位串行输出。在SCLK 的第13个脉冲的上升沿，转换器从保持模式转换到采样模式。SCLK的第16个下降沿之后或者在C-S 的上升沿，SDATA管脚重新回到高阻态。在一个转换过程完成之后在C-S 重新变成低电平开始另一个转换过程之前必须满足一定的空闲时间，才能保证下一次转换工作正常。要想从ADC081S051 读出一个完整的采样数据，在C-S 下降沿和上升沿之间，必须加入16个SCLK 时钟脉冲，否则读出的数据是无效数据。从SDATA管脚输出的数据格式是，3个先导0位，接着是8位数据位，在8位数据位之后接着是4个尾部0位。


　　3 ADC081S051 与51 系列单片机的接口及采集程序
　　目前使用的51系列单片机通常不带SPI硬件接口，为了使不带SPI 硬件接口的单片机与ADC081S051 连接，可以用并口和软件功能来实现SPI功能。其硬件接口如图4所示。