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实验十 模—数转换器
一、实验目的
1．熟悉模—数转换的工作原理。
2．学会使用集成模—数转换器ADC0804。 二、预习要求
1．熟悉集成模--数转换器ADC0804芯片的外引线排列。 2．熟悉模--数转换器的转换原理。
3．估算实验内容2．的VREF／2的数值。估算VIN= VREF／2时，输出数字量的大小。 4. 估算实验内容3. 的输出数字量的大小。 三、实验原理与参考电路
模—数转换器(简称 A/D 转换器、ADC)用来将模拟量转换成数字量。n位模—数转换器输出n位二进制数，它正比于加在输入端的模拟电压。实现模数转换的方法有很多，常用的有并／串型ADC，逐次逼近型ADC和双积分型ADC等。 并／串型ADC的速度最快，但成本也最高，且精度不易做高；双积分型ADC精度高、抗干扰能力强，但速度太慢，适合转换缓慢变化的信号；逐次逼近型ADC有较高的转换精度、工作速度中等，成本低等优点。因此获得广泛的应用。
本实验选用集成模—数转换器 ADC0804 ADC0804是单片CMOS 8位逐次逼近型A/D转换器，与8位微机兼容，其三态输出可直接驱动数据总线。输入电压可调，含内部时钟发生器。其原理示意框图如图5.24.7所示。 主要组成部分有：D／A转换器、逐次逼近寄存器、移位寄存器、比较器、时钟发生器和控制电路。它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时，移位寄存器状态为10000000(最高位置1)，并送给逐次逼近寄存器(SAR)，由SAR将10000000传给D／A转换器输入端，使D／A转换器产生输出模拟电压VST，VST与A／D转换器的输入模拟量VI进行比较。若VST
表5.24.2 A/D 转换器工作情况（4位为例） 时钟移位寄存器状态 SAR状态 VST/V，VI/V VC电平 说 明 数 B3 B2 B1 B0 B3 B2 B1 B0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 8<13 1 保留SAR的B3=1 2 0 1 0 0 1 1 0 0 12<13 1 保留SAR的B2=1 3 0 0 1 0 1 1 1 0 14>13 0 使SAR的B1=1 4 0 0 0 1 1 1 0 1 13=13 转换结束
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ADC0804的外引线排列图如图5.24.8所示
模拟量由VIN（+）和AGND（模拟地）输入；数字量由D0—D7输出，数字量共8位，D0为最低位(LSB)，D7为最高位(MSB)。VCC接+5V电源的正极。AGND和DGND分别为模拟地和数字地。ADC0804 设有两组时钟输入：①)内部时钟CLK的频率由外接电阻R和电容C确定，通常R=10KΩ,C=150PF。②不用内部时钟时，可由CLKIN输入一时钟信号，其典型值—般为640kHz。片选端CS低电平有效。每次转换前，必须先使片选端CS和写入端WR同时为低电平，将ADC0804初始化，为转换作好准备。再使WR为高电平，ADC0804方开始工作，将输入的模拟量转换成数字量，但只有当片选端CS和读出端RD全是低电平时，才允许将转换结果输出。每次转换完成后，中断请求端INTR为低电平，转换结束。如果希望每一次转换结束后立即将结果输出，则叫将INTR与WR相连，CS与RD接地，如图5.24.8所示，则可实现每转换一次将结果立即输出，同时中断请求端INTR送出一个低电平给WR端，启动下一次转换。图中的开关供第一次转换启动用，启动后将开关断开。 参考电压端VREF／2和输入电压负端VIN（-）用来确定转换的动态范围。相对于模拟地
VIN（-）=动态范围下限 VREF/2=1/2(上限-下限)
例如，要求动态范围为0.5—4.5 v时，
VIN（-）=0.5 V VREF/2=(4.5V- O.5V)=2V
输入模拟量接在VIN（+）与AGND之间。此时，输入模拟量0.5V对应的输出数字量为全0；输入模拟量4.5V对应的输出数字量为全1；输入VIN（+）为
VIN（+）=VIN（-）+（VREF/2）=0.5 V+2 V= 2.5 V
对应的输出为10000000。
以上为单极性输入电压。如果输入电压是双极性信号(例如幅值为5V的正弦电压时，则要用图5.24.9所示的扩展动态范围的接法，VREF／2端接2.5V基准电压。VI= +5V时，VIN(+)端的电压为+5V，输出的数字量为全1；VI=-5V时，VIN（+）=0V，输出的数字量为全0；VI=0V时，VIN（+）=2.5V，输出数字量为10000000。这样就实现了双极性转换。
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ADC0804的分辨率为8位，总误差≤1LSB，转换时间为100us,即每秒钟转换10 000次，取数时间为135 ns。
四、实验内容
1．按图5.24.8接好电路，输出D0--D7接发光二极管LED。
2．将VIN(-)接地，VIN(+)接4.6 V电压，调节VREF／2上的电压，使输出为11111110，测出此时的VREF／2值。保持VREF／2不变，将VIN（+）与之相连，读出输出的数字量。 3. 保持VREF／2不变，令VIN(+)分别为3.5V、2.5 V、1.5 V、1.0V、0.5V，读出相应的输出数字量。
4．调整动态范围，使之成为1--5 V。
5，动态测试A／D转换。按图5.24.10接好电路。VI为锯齿波，其VIPP=5 V，f=0.1Hz,观察LED显示。将VI改为方波，再观察LED显示情况。 五、实验报告要求 整理实验内容2．、3．的实验数据，绘出输出与输入之间的关系曲线，加以分析。
六、思考题
1. 8位A/D转换器， 当其输入从0--5 V变化时，输出二进制码从00000000至11111111变化。问使输出从00000000变至00000001时，输入电压值变化多少? 2. A/D转换器转换速率为6000次/秒，问转换时间为多少？ 七、实验元器件
集成芯片 ADCO804 1片
电阻 100 kΩ 1只，10kΩ 2只， 1 kΩ 4只
电容 220 UF、10 UF、0.1 Uf、0.01 UF、150 pF各1只 发光二极管 8只
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