【文章內(nèi)容簡介】 的工作過程是：當模擬電壓 V/I 加到 V/F 的輸入端，便產(chǎn)生頻率 F 與 Vi 成正比的脈沖，在一定的時間內(nèi)對該脈沖信號計數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓 Vi，從而完成 A/D 轉換。 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 7 ADC 性能參數(shù) 目前的實時信號處理機要求 ADC 盡量靠近視頻、中頻甚至射頻，以獲取盡可能多的目標信息。因而， ADC 的性能好壞直接影響整個系統(tǒng)指標的高低和性能好壞，從而使得 ADC 的性能測試變得十分重要 ， 表征 ADC 性能的參數(shù)，由于尚無統(tǒng)一的標準，各主要器件 生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品參數(shù)特性表中給出的也不完全一致。一般來說，可以分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性參數(shù)。 1． 2． 1 ADC 靜態(tài)特性 ADC 的靜態(tài)特性是指其與時間特性無關的特性，主要包括以下幾類： 1) 分辨率 ADC 的分辨率定位為二進制末位變化 1 所需的最小輸入電壓與參考電壓的比值，即 ADC 能夠分辨的最小的模擬量的變化 。 2) 量化誤差 量化電平定義為滿量程電壓（或滿度信號值） UFSR 與 2 的 N 次冪的比值，其中 N位被數(shù)字化的數(shù)字信號的二進制位數(shù)。量化電平一般用 Q 表示 。 3) 全輸入范圍 和 動態(tài)范圍 全輸入范圍是指允許輸入模 擬信號的最大值與最小值之差 ； 動態(tài)范圍是指全輸入范圍與 ADC 最小可分辨的量值之比。 4) 偏置誤差 和 增益誤差 ADC 的偏置誤差定義為使最低位被置成 “1” 狀態(tài)時 ADC 的輸入電壓與理論上使最低位被置成 “1” 狀態(tài)時的輸入電壓之差。當偏置誤差高速為零之后，輸出為全 1 時對應的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 8 ADC 動態(tài)特性 高速 ADC 的動態(tài)特性是指輸入為交變簡諧信號時的性能技術指標，它是與 ADC 的操作速度有關的特性。 其 主要技術指標如下： 1) 轉換時間、采集時間 轉換時間是指從信號開始轉換到可獲得完整的信 號輸出所用的時間，它是高速ADC 的一項重要指標。 采集時間是指采樣保持電路在采樣模式下能夠保證其在隨之到來的保持模式輸出在采樣保持轉換時，相對該時刻存在的輸入電平之間的誤差將會限制在一定的誤差范圍內(nèi)所需的時間。 2) 頻率響應 它是沖擊響應的傅立葉變換，其最佳表達方式是幅頻與相頻曲線，從系統(tǒng)辨識的角度看這是在頻域對 ADC 動態(tài)線性特性的非參數(shù)模型描述。 3) 動態(tài)積分非線性誤差和動態(tài)微分非線性誤差 動態(tài)積分非線性誤差（ INL）定義為在動態(tài)情況下（一般輸入信號為正弦信號），ADC 實際轉換特性曲線之間的最大偏差。 每個數(shù)碼的偏差都是由那個數(shù)碼的中心值來度量的。 動態(tài)微分非線性誤差（ DNL）定義為在動態(tài)情況下（一般輸入信號為正弦信號），ADC 實際轉換特性的碼寬（ 1LSB）與理想代碼寬度之間的最大偏差，單位為 LSB。為了保證 ADC 不失碼，通常規(guī)定在 25oC 時最大 DNL 為 1/2LSB。 4) 信噪比、信噪失真比和有效位數(shù) 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 9 信噪比（ SNR）是信號電平的有效值與各種噪聲（包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等）有效值之比的分貝數(shù)。其中信號是指基波分量的有效值，噪聲指奈奎斯特頻率以下的全部非基波分量的有效值（除諧波分量和直流分量外）。 5) 小信號帶寬和全功率帶寬 ADC 的模擬帶寬是指輸入掃描頻率基波在 ADC 輸出端用 FFT 分析得到的基波頻譜下降到 3dB 處的帶寬（不考慮諧波失真和噪聲影響）。根據(jù)輸入信號幅值不同，模擬帶寬又可以分為小信號帶寬（ SSBW，一般指 1/10 滿量程）和全功率帶寬（ FPBW，指滿量程）。 ADC 性能測試 ADC 測試方法主要有兩種：模擬方法和數(shù)字方法。前者是將 A/D 采集的數(shù)字信號經(jīng) D/A 轉換位模擬信號再用傳統(tǒng)的測試方法對其進行測試，優(yōu)點是易于理解，缺點是許多 A/D 采集卡本身不帶 D/A，即或有， D/A 的性能也 將影響 A/D 指標的測試； 1． 3 常用 ADC 芯片概述 A/D 轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在 A/D轉換前，輸入到 A/D 轉換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號 。 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 10 第二章 8OC51 單片機引腳 圖 80C51 引腳 總線型 DIP40 引腳封裝 電源引腳（ 2 個） VCC：接 +5V 電源。 GND：接地端。 外接晶體引腳（ 2 個） XTAL1：外接晶振輸入端（采用外部振蕩器時，此引腳接地）。 XTAL2：外接晶振輸入端（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號輸入端）。 并行輸入 /輸出引腳（ 32 個） ~：通用 I/O 引腳。 ~：通用 I/O 引腳。 ~：通用 I/O 引腳或數(shù)據(jù)低 8 位地址總線復用引腳。 ~：通用 I/O 引腳或第二功能引腳（ RXD、 TXD、 INT0、 INT T0、T WR 、 RD）。 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 11 控制引腳（ 4 個） RST/VPD：復位信號輸入引腳 /備用電源輸入引腳。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳。 EA/VPP：內(nèi)、外存儲器選擇引腳 /片內(nèi) EPROM(或 Flatiron)編程電壓輸入引腳。 PSEN： 片外程序存儲器讀選通信號輸出引腳。 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 12 第三章 ADC0809 ADC0809 引腳功能 ADC0809 的引腳如圖所示，下面對引腳功能做簡要說明 : 圖 ADC0809 引腳 IN0~IN7： 8 個模擬量的輸入端。 D0~D7： 8 位數(shù)字量輸出端。 START：啟動 A/D 轉換，加正脈沖后 A/D 轉換開始。 EOC：轉換結束信號。轉換開始時， EOC 信號變低電平；轉換結束時， EOC信號返回高電平。該信 號可以作為 CPU 查詢 A/D 轉換是否完成的信號，也可以作為向 CPU 發(fā)出中斷申請的信號。 OE：輸出允許信號，輸入高電平有效。 OE 端的電平由低變高時，轉換結果被送到數(shù)據(jù)線上。此信號有效時， CPU 可以從 ADC0809 中讀取數(shù)據(jù)，同時也可以作為 ADC0809 的片選信號。 CLK：實時時鐘，頻率范圍為 10KHZ~1280KHZ，典型值為 640KHZ。 ALE:通道地址鎖存允許信號，輸入高電平有效。在 ALE=1 時，鎖存ADDA~ADDC,選中模擬量輸入。 ADDC~ADDC：通道地址選擇輸入，其排列順序從低到高依次為 ADDA 、ADDB、 ADDC。該地址與 8 個模擬量輸入，通道的對應關系如表 1 所示 : 基于 51 單片機的簡易數(shù)字電壓表的設計 13 VREF+、 VREF正負參考電壓。一般情況下， VREF+接 +5V,VREF接地。此時的轉換關系如表 2 所示： VCC\GND：工作電源和接地 表 1 ADC0809 的輸入輸出關系 輸入模擬電壓 輸出數(shù)字量 輸入模擬量 輸出數(shù)字量 0 0000 0000B ... ... ... ... 5 1111