ADC0809在兩路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

馮忠?guī)X，童英華，陳學(xué)煌

（1.青海師范大學(xué) 物理系，青海 西寧 810008；2.青海師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)系，青海 西寧 810008）

心音和脈搏是反映人體生理及病理的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，它們分別是診斷人體疾病的重要手段之一，具有非常重要的臨床意義。只有將心音、脈搏信號(hào)進(jìn)行有效的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，才能輸入單片機(jī)中進(jìn)行處理，這也直接影響著PC端的波形顯示效果，以及后續(xù)的信號(hào)分析。因此筆者提出了基于ADC0809的心音、脈搏信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。

1 A/D轉(zhuǎn)換電路

ADC0809是帶有 8位 A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼近型，芯片由單個(gè)+5 V電源供電，可以分時(shí)對(duì) 8路輸入模擬量進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換，典型的 AD轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100 μs左右。在同類(lèi)型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)位都屬于居中位置，可以和單片機(jī)直接接口。

1.1 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

如圖1所示，它包含以下幾個(gè)部分。

1）8路模擬量選擇開(kāi)關(guān) 根據(jù)地址鎖存與譯碼裝置所提供的地址，從8個(gè)輸入的0～5 V模擬量中選擇一個(gè)輸出。

2）8位A/D轉(zhuǎn)換器 能對(duì)所選擇的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

3）3位地址碼的鎖存與譯碼裝置 對(duì)所輸入的3位地址碼進(jìn)行鎖存和譯碼，并將地址選擇結(jié)果送給8路模擬量選擇開(kāi)關(guān)。

4）三態(tài)輸出的鎖存緩沖器 是TTL結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)輸出轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果。此結(jié)果可直接連到單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)上[1]。

圖1 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Internal logic structure diagram of ADC0809

1.2 ADC0809引腳功能

1）IN0～I(xiàn)N7：8 路模擬電壓量輸入， 0～5 V 或者-5～+5 V或者-10～+10 V，用于輸入需轉(zhuǎn)換的模擬電壓；

2）D0～D7：8 位 A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出口；

3）VREF（+）、VREF（-）：參考電壓輸入線(xiàn)，VREF（+）常和VCC相連，VREF（-）常接地或負(fù)電源電壓；

4）ALE：地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效；在 ALE=1時(shí)，鎖存ADDA-ADDC，選中模擬量輸入。

5）START：?jiǎn)?dòng)A／D轉(zhuǎn)換控制輸入，加正脈沖后 A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始；

6）CLOCK：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，頻率范圍為 10～1 280 kHz，典型值為640 kHz。

7）ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線(xiàn)， 其 8 個(gè)地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～I(xiàn)N7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADDC是高位地址，ADDA是最低位地址；選擇結(jié)果如表1所示。

8）OE：轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許線(xiàn)。

9）EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，EOC信號(hào)變低電平；轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC信號(hào)返回高電平。該信號(hào)可以作為CPU查詢(xún)A/D轉(zhuǎn)換是否完成的信號(hào)，也可以作為向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)的信號(hào)。

10）VCC：+5 V 電源輸入線(xiàn)。

11）GND：芯片接地端。

表1 地址與模擬量通道之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Correspondence between analog channel and address

1.3 ADC0809與AT89C51的接口

1）地址線(xiàn)與數(shù)據(jù)線(xiàn)的連接 ADC0809的內(nèi)部輸出電路有三態(tài)緩沖器，所以其8位輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)可以直接和AT89C51的P1口相連。本系統(tǒng)中有兩路模擬量（心音、脈搏）的輸入，它的通道地址選擇信號(hào)ADDB、ADDC接地，而ADDA接到單片機(jī)的P2.6口，用于選擇輸入的模擬量IN0和IN1。

2）時(shí)鐘信號(hào)的連接 ADC0809必須外接時(shí)鐘，本系統(tǒng)借用AT89C51的ALE輸出，AT89C51的晶振率采用11.059 2 MHz，此時(shí)ALE的頻率約為2 MHz，經(jīng)CD4013芯片四分頻后約為 500 kHz，與 ADC0809的CLK時(shí)鐘端相連[2-3]。

3）控制信號(hào)的連接 由于ADC0809的ALE和START均為正脈沖，而且基本同步，所以可以由AT89C51的P2.7和WR或非而成。同理，OE信號(hào)也可以由AT89C51的P2.7和RD或非而成。EOC信號(hào)經(jīng)或非后與AT89C51的INT1相連，可申請(qǐng)中斷。在控制信號(hào)線(xiàn)的連接中，或非功能的實(shí)現(xiàn)可以借助芯片74LS02實(shí)現(xiàn)[4]。圖2是系統(tǒng)的部分原理圖。

2 A/D轉(zhuǎn)換子程序

A/D轉(zhuǎn)換程序用來(lái)控制對(duì)ADC0809兩路模擬輸入信號(hào)（心音和脈搏）的轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值分別存放到外存數(shù)據(jù)段1和外存數(shù)據(jù)段2中，數(shù)據(jù)的讀取方式采用中斷讀取。根據(jù)電路采用中斷讀取的方式，ADC0809的轉(zhuǎn)換控制如下：選擇通道并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，等待中斷讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果[5-6]。A/D轉(zhuǎn)換子程序的流程圖如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)前端硬件原理圖Fig.2 Front hardware schematic of the system

圖3 ADC0809轉(zhuǎn)換子程序流程圖Fig.3 Flow chart of ADC0809 conversion subroutine

A/D轉(zhuǎn)換主要程序代碼為：

START： MOV SP，#60H

SETB EA

SETB IT1；∥外部中斷發(fā)生負(fù)跳變時(shí)激活I(lǐng)E1外

部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位

SETB EX1；∥外部中斷INT1響應(yīng)允許位

MOV R1，#00H

CLR P2.6 ；∥使ADDA為0，選擇通道0

MOV DPTR，#DATA1

START1： CLR P2.5；∥外部存儲(chǔ)器6264的片選信號(hào)有效

CLR P2.7；∥使得A/D的ALE和START均為正

脈沖

MOVX@DPTR，A ；∥啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換

LOOP1： SJMP$

INT_1： MOVX A，@DPTR ；∥讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入外存

MOV A，P1

MOVX@DPTR，A

INC DPTR

INC R1

CJNE R1，#N，LOOP2；∥采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為 N 個(gè)

JB P2.6，LOOP8

SJMP LOOP9

LOOP8：CPL P2.6

MOV R1，#00H

MOV DPTR，#DATA1

MOVX@DPTR，A ；∥啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換

SJMP LOOP2

LOOP9：CPL P2.6

MOV R1，#00H

MOV DPTR，#DATA2

MOVX@DPTR，A ；∥啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換SJMP LOOP2

LOOP2：RETI

3 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)試結(jié)果表明，該A/D轉(zhuǎn)換模塊能有效地實(shí)現(xiàn)心音、脈搏信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這就為以后輸入單片機(jī)處理，從單片機(jī)到PC機(jī)端的數(shù)據(jù)發(fā)送，以及信號(hào)波形的顯示和后續(xù)的信號(hào)分析奠定了基礎(chǔ)。

[1]張曄，王玉民，倪志蓮.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社， 2006：193-196.

[2]李詩(shī)海.CD4013 原理與應(yīng)用[J].電子制作，2000（1）：38.LI Shi-hai.Theory and application of CD4013[J].Electronic Production，2000（1）：38.

[3]王卿.淺談器件 CD4013[J].新余高專(zhuān)學(xué)報(bào)，2005（2）：34-36.WANG Qin.Simple analysis of CD4013[J].Journal of Xinyu Junior College[J]，2005（2）：34-36.

[4]周美娟.肖來(lái)勝.單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：215-227.

[5]張迎新.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：141-157.

[6]趙領(lǐng)國(guó)，薛園園.51單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：372-380.