مبدل آنالوگ به ديجيتال و8051

جهان اطراف ما آنالوگ است اما پردازش توسط ماشين بر روي داده هاي ديجيتال صورت مي گيرد .درصورتي که بخواهيم يکي از متغير هاي محيط را به عنوان ورودي به يک سيستم پردازشي مانند ميکروکنترلر يا ميکروپروسسور بدهيم چگونه متغير آنالوگ را به ديجيتال تبديل کنيم.
آي سي هايي وجود دارند که با نام مبدل آنالوگ به ديجيتال(Analog to Digital Converter) عمل مي کنند که خانواده ADC080X  از مشهورترين آنها هستند .
آي¬سي هاي ADC0801-ADC0804  مبدل آنالوگ به ديجيتال يک کاناله هستند و ADC0808  يک مبدل 8 کاناله است به اين معني که مي تواند 8 ورودي را با استفاده از 3 پايه سلکتور به ديجيتال تبديل کند.با استفاده از پايه هاي سلکتور  طراح تعيين مي کند که در هر زمان کدام ورودي به ديجيتال تبديل شود.

پس از معرفي آي سي از اين آي سي به همراه 8051 براي نمايش داده بر روي LCD استفاده خواهيم کرد

شکل IC  Adc0804 را در زير مي بينيد.اين IC 20 پايه است .

براي کار با اين IC ابتدا بايد کميتي را که مي خواهيد به ديجيتال تبديل کنيد را  به وسيله سنسور دريافت کرده و به ولتاژ تبديل کنيد.سپس اين ولتاژرا در پايه هاي ورودي IC به بازه 0-5 ولت انتقال دهيد.IC متغير مورد نظر را پس از تبديل کردن به ديجيتال به بازه 0-255  خواهد برد با استفاده از يک تناسب ساده از روي عدد تبديل شده خواهيد فهميد که مقدار واقعي عدد چقدر بوده است.
اختلاف ولتاژي که به عنوان ورودي بايد به IC داده شود توسط پايه هاي Vin(+) و Vin(-) دريافت خواهد شد.آي¬سي اختلاف ولتاژ اين دو پايه را اندازه خواهد گرفت و به ديجيتال تبديل خواهد کرد عموما اختلاف نسبت به زمين سنجيده مي شود در اين حالت پايه ي Vin(-)  را به زمين مدار متصل مي کنند و Vin(+) مقدار ولتاژ کميت مورد نظر را در ورودي دارد.
براي استفاده از IC پايه ي CS  با نام Chip select بايد به زمين مدار يا ولتاژ low متصل باشد تا آي سي  فعال باشد .در زماني که آي سي فعال است در صورتي که پايه ي WR با نام Write را صفر کنيم( اين پايه با لبه منفي يعني لبه اي که در آن ولتاژ  مثبت به منفي مي رود عمل مي کند) آي سي  اندازه اختلاف ولتاژ دو سر Vin(-)و Vin(+) رابه ديجيتال تبديل مي کند و بر روي پايه هاي DB0-DB7  قرار خواهد داد عمل تبديل چيزي حدود 100 ميکرو ثانيه به طول خواهد انجاميد   پس از کامل شدن عمليات آي سي  پايه INTR را صفر مي کند مقدار اين پايه در صورتي که صفر باشد يعني مقدار موجود بر روي  پايه هاي داده مقدار معتبري است از اين پايه براي اتصال به ميکرو پروسسور يا ميکروکنترلر به عنوان ورودي وقفه مي توان استفاده کرد که با صفر شدن، برنامه داده را بخواند .به ياد داشته باشيد که پايه هاي Wr,CS ,INTR همگي فعال صفر هستند.
دو پايه با نامهاي AGND وDGND  در شکل مشخص هستند اين دو پايه زمين آنالوگ و ديجيتال مدار  هستند در اکثر موارد هر دو را به تنها زمين مدار متصل مي کنند.
پايه ديگر اين آي سي پايه ي Vref/2 است با اين پايه تعيين مي کنيد که رنج ورودي آي سي در چه گستره اي است اين پايه به Vmax/2 ورودي متصل خواهد شد براي مثال در صورتي که آي سي قرار است ورودي 0-5 ولت داشته باشد اين پايه بايد به ولتاژ 2.5 ولت متصل شود .در تعيين سطح ولتاژ ورودي در قسمت طراحي، محدوده مجاز براي اين آي¬سي  را در نظر داشته باشيد.

Vref/2=(Vmax-Vmin)/2;

در بيشتر کاربرد ها پايهCs را به زمين متصل مي کنند و هر زمان که بخواهند داده موجود بر رودي را به ديجيتال تبديل کنندپايه ي WR را ابتدا set و سپسCLR مي کنند تا لبه منفي ايجاد شود.
بسته به کاربرد هاي مختلف نويز ورودي با توجه به مدار مورد استفاده متغير است بهتر است هميشه از خازن هايي به عنوان نويز گير استفاده کنيد .هميشه به پايه VCC يک خازن الکتروليتي 10 ميکرو فاراد را زمين کنيد.
اگر احتمال داديد که پايه ي ورودي آنالوگ در معرض ولتاژ بيش از 5 ولت است با استفاده از يک ديود زنر و مطابق شکل زير پايه ي ورودي آنالوگ را محافظت کنيد .
 

در صورتي که ولتاژ ورودي از ولتاژ شکست ديود زنر کمتر باشد اين ديود قطع بوده و تاثيري در مدار ندارد اما به محض اينکه ولتاژ ورودي از ولتاژ شکست ديود زنر بيشتر شود اين ديود وارد ناحيه شکست شده و به عنوان يک منبع ولتاژ با ولتاژ Vz عمل خواهد کردو ولتاژ پايه ورودي از Vz بيشتر نخواهد شد.
آي سي داراي يک تايمر داخلي است که پالس هاي توليدي توسط اين تايمر را مي توان با استفاده از CLKIN و CLKR کنترل کرد . خازن و مقاومتي که به اين دو پايه متصل ميشوند مسير دشارژ را تعيين مي کنند و درنتيجه پهناي پالس کنترل   مي شود.

فکر کنم به اندازه کافي در مورد ADC0804 بحث کرديم در اين مثال مي خواهيم يک ورودي آنالوگ را به ديجيتال تبديل کرده و با استفاده از 8051 آن را بر روي LCD نمايش دهيم .در صورتي که در مورد کار با LCD مشکل داريد مي تواند مقالات قبلي ميکرو کنترلر را که در مورد استفاده از LCD است مطالعه کنيد.
متغير ورودي را براي سادگي با استفاده از يک پتانسيومتر و در رنج 0-5 ولت مي سازيم .با استفاده از VCC  با مقدار 5 ولت و دو مقاومت هم اندازه ولتاژ 2.5  را به پايه Vref/2 خواهيم داد.مقدار مقاومت ها را 10 کيلو انتخاب کنيد و آنها را با استفاده از  اهم متر اندازه بگيريد چون مقاومتها داراي تولرانس هستند و دو مقاومت با رنگهاي يکسان لزوما داراي اندازه يکسان نيستند. حتما بايد تا دقت معيني دو مقاومت داراي اندازه يکسان باشند .
 

در اين مثال از LCD با رابط داده 4 بيتي استفاده شده است سورس برنامه را از لينک زير دريافت کنيد .
در قسمت تعاريف، در ابتداي برنامه مشخص شده است که از کدام پايه هاي ميکرو  بايد استفاده شود .و به کجا بايد متصل باشند.

 در پايان يادآوري مي کنم که ديتا شيت آي¬سي بهترين منبع است کاربردهاي مختلفي براي آي¬سي    با مدار در ديتاشيت رسم شده است براي هر کاربرد خازن ها و مقاومتهايي که به پايه هاي مختلف آي¬سي وصل است نشان داده شده است.