数字电压表的设计与实现(4)

2019-05-24 13:15

合肥师范学院2011届本科生毕业论文(设计)

EA/VPP(31):当EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,EA将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V的编程电源(VPP)。

XTAL1(19):来自反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2(18):来自反向振荡器的输出。

3.3 模数转换模块设计

3.3.1 ADC性能参数

目前的实时信号处理机要求ADC尽量靠近视频、中频甚至射频,以获取尽可能多的目标信息。表征ADC性能的参数还没统一标准,但一般来说,可以分为静态特性参数和动态特性参数。

3.3.2 ADC静态特性

ADC的静态特性是指其与时间特性无关的特性,主要包括以下几类: 1) 分辨率

ADC能够分辨的最小的模拟量的变化。 2) 量化误差

量化电平Q定义为满量程电压(或满度信号值)UFSR与2的N次幂的比值,其中N位被数字化的数字信号的二进制位数。

3) 全输入范围和动态范围

全输入范围是指允许输入模拟信号的最大值与最小值之差;动态范围是指全输入范围与ADC最小可分辨的量值之比。

4) 偏置误差和增益误差

ADC的偏置误差定义为使最低位被置成“1”状态时ADC的输入电压与理论上使最低位被置成“1”状态时的输入电压之差。

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3.3.3 ADC动态特性

高速ADC的动态特性是指输入为交变简谐信号时的性能技术指标,其主要技术指标如下:

1) 转换时间、采集时间

转换时间是指从信号开始转换到可获得完整的信号输出所用的时间,采集时间是指采样保持电路在采样模式下能够保证其在随之到来的保持模式输出在采样保持转换时,相对该时刻存在的输入电平之间的误差将会限制在一定的误差范围内所需的时间。

2) 频率响应

它是冲击响应的傅立叶变换,从系统辨识的角度看这是在频域对ADC动态线性特性的非参数模型描述。

3) 动态积分非线性误差和动态微分非线性误差

动态积分非线性误差(INL)定义为在动态情况下(一般输入信号为正弦信号),ADC实际转换特性曲线之间的最大偏差。

动态微分非线性误差(DNL)定义为在动态情况下(一般输入信号为正弦信号),ADC实际转换特性的码宽(1LSB)与理想代码宽度之间的最大偏差,单位为LSB。为了保证ADC不失码,通常规定在25oC时最大DNL为 1/2LSB。

4) 信噪比、信噪失真比和有效位数

信噪比(SNR)是信号电平的有效值与各种噪声(包括量化噪声、热噪声、白噪声等)有效值之比的分贝数。

5) 小信号带宽和全功率带宽

ADC的模拟带宽是指输入扫描频率基波在ADC输出端用FFT分析得到的基波频谱下降到3dB处的带宽(不考虑谐波失真和噪声影响)。根据输入信

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号幅值不同,模拟带宽又可以分为小信号带宽(SSBW一般指1/10满量程)和全功率带宽(FPBW指满量程)。

3.3.4 ADC性能测试

ADC测试方法主要有两种:模拟方法和数字方法。前者是将A/D采集的数字信号经D/A转换位模拟信号再用传统的测试方法对其进行测试,优点是易于理解,缺点是许多A/D采集卡本身不带D/A,即或有,D/A的性能也将影响A/D指标的测试;

3.3.5 常用ADC芯片概述

A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。将模拟量经过各种传感器后,再由转换器转换成电压信号。模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。

3.3.6 ADC0832模数转换原理及主要技术指标

ADC0832是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D转换器。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片

1.主要特性

1)8路输入通道,8位A/D转换器。 2)具有转换起停控制端。

3)转换时间为100μs(时钟为640kHz时),130μs(时钟为500kHz时)

4)单个+5V电源供电

5)模拟输入电压范围0~+5V,不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-40~+85摄氏度 7)低功耗,约15mW。 2.内部结构

ADC0832是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近。

3.外部特性(引脚功能)

ADC0832芯片有28条引脚,采用双列直插式封装。 IN0~IN7:8路模拟量输入端。

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2-1~2-8:8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路

ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效。 START: A/D转换启动脉冲输入端。 EOC: A/D转换结束信号输出端。

OE:数据输出允许信号,输入,高电平有效。

CLK:时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-):基准电压。 Vcc:电源,单一+5V。 GND:接地。

4.ADC0832的工作过程

首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成,因为只有确认完成后,才能进行传送。这种传送方式有三种:分别是定时传送方式,查询方式和中断方式。

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3.3.7 ADC0832与单片机的接口电路

ADC0832模数转换器与STC89C52单片机的接口电路如图6所示

图6 ADC0832与STC89C52单片机接口电路

3.4 数码管显示电路设计

本设计采用数码管进行显示,具体连接方式如图7所示。

图7 数码管显示电路

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