Adc0804及其相關迴路之研究

1. 投稿類別：工程技術類
篇名：
ADC0804 及其相關迴路之研究
以簡易數位電表為例
作者：
胡鎮洪。國立彰師附工。電機二忠
指導老師：
王俞婷 老師
陳怡誠 老師

2. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
1
壹●前言
一、研究大綱：
ADC0804
及
其
相
關
迴
路
之
研
究
以
簡
易
數
位
電
表
為
例
壹●前言
三、研究方法
一、研究大綱
二、研究動機
四、研究範圍與方向
貳●正文
參●結論
肆●引註資料
三、應用電路
二、類比-數位轉換器
的工作原理
一、類比-數位轉換器的功能
(三) 使用器具
(四) 使用材料
(五) 實驗數據
(六) 數據分析
(二) 二進位-十進位
解碼電路
(一) 簡易 ADC 轉換器
電路

3. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
2
二、研究動機：
從書上得知，在電子電路設備中處理信號時，以數位的方式進行處
理，較類比的方式容易許多，也較不會受到外界雜訊的干擾，並降低失
真的機會。但是，現實生活中多為類比信號；此時，就需要類比-數位
信號轉換介面了。而在類比-數位信號轉換的領域中，ADC0804 是具有
八位元解析能力的 ADC 積體電路。此研究將探討 ADC0804 的特性與應
用電路。
三、研究方法：
參考書籍上的原理及說明，再透過電路的組裝，觀察其功能並完成
實驗記錄及數據分析；增進對於類比-數位信號轉換領域的認知與了解。
並嘗試自製數位電表，實現 ADC0804 電路的具體應用。
四、研究範圍與方向：
(一)類比-數位轉換器的功能有哪些？
(二)類比-數位轉換器的工作原理為何？
(三)如何以 ADC0804 製作數位電表？
貳●正文
一、類比-數位轉換器的功能：
顧名思義，類比-數位轉換器可將類比信號轉換為數位信號。
ADC0804 為 CMOS 的類比-數位轉換 IC，只需 5V 單電源即可正常工作，
允許 0～5V 類比電壓輸入，若輸入電壓過高則易燒毀；具有三態輸出，
與微處理機相容，不需配合其他介面，即可與 8x51 等微電腦一齊工作。
不需要額外的石英震盪器，只要外接 R、C 即可使 IC 工作，且可由 R、
C 控制其震盪頻率。圖一為 ADC0804 的接腳圖。(蔡朝洋，2006)
圖一 ADC0804 接腳圖

4. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
3
圖二 ADC0804 內部方塊圖
二、類比-數位轉換器的工作原理
常用的 A/D 轉換器可分為逐次比較型 A/D 轉換器、並聯比較型 A/D
轉換器、雙重積分型 A/D 轉換器……等，以下針對逐次比較型 A/D 轉
換器與並聯比較型 A/D 轉換器逕行探討。
(一) 逐次比較型 A/D 轉換器：
又稱計數器斜坡式 A/D 轉換器，由電壓比較器(voltage comparator)、
及閘、二進位計數器與數位類比轉換器(D/A 轉換器)……等組成。首先
將類比輸入信號透過電壓比較器，與 D/A 轉換器產生的類比信號進行
比較，將比較結果與時脈輸入及閘後，以計數器輸出數位信號。(Roger
L. Tokheim，2009)
(二) 並聯比較型 A/D 轉換器：
將基準電壓透過電阻分壓後，再配合比較器與輸入的類比電壓進
行比較，將比較結果輸入解碼電路後輸出，即可得到數位信號。並聯
比較型 A/D 轉換器具有轉換速度快的優點，但需要多個比較器與電阻
器，材料費用較高。(Roger L. Tokheim，2009)

5. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
4
(三) A/D 轉換器比較：
表一 A/D 轉換器的優缺點比較表
A/D 轉換器種類 優點 缺點
逐次比較型 A/D 轉換器 元件較少。 為逐次比較，
故轉換速度較慢。
並聯比較型 A/D 轉換器 多個比較器同時工作，
轉換速度較快。
所需元件數較多，
成本較高。
資料來源：Roger L. Tokheim 著(2009 年 10 月出版二刷)。數位邏輯設計原理與應用。
三、應用電路
(一) 簡易 ADC 轉換器電路：
圖三 簡易 ADC 轉換器電路圖
圖三為 A/D 轉換電路圖，ADC0804 第一、二、七、八、十腳接地，
第二十腳接 Vcc，ADC0804 的工作電壓為 DC 5V，不可輸入過高電壓，否
則將導致 IC 燒毀。將第三腳與第五腳短接，目的是使 IC 能進行連續轉
換，令 接腳輸出的完成轉換信號，成為 接腳的開始轉換信號，
不斷將第六腳輸入的類比信號轉換成數位信號後，由十一至十八腳輸出。
在電源 ON 後，IC 並不會立即進行 A/D 轉換的工作，須將 START 按鈕按
一下，作為 的開始轉換信號，IC 才開始工作。
(二) 二進位-十進位解碼電路：
以 89S51 單晶片燒錄程式，完成二進位-十進位解碼的工作，將
ADC0804 所輸出的 8 位元二進位訊號進行處理，於四位元七段顯示器模
組顯示電壓值。89S51 為 8 位元的微處理器，內建 4k bytes 的程式記憶
體 ROM、128 bytes 的隨機存取記憶體 RAM，具有四組 8 位元輸出入埠，
即 P0、P1、P2、P3，可位元定址。(張義和、王敏男、許宏昌、余春長，
2009)，解碼程式如圖四。

6. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
5
圖四 解碼程式

7. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
6
圖五 解碼電路圖
解碼電路由 89S51 單晶片、電阻、電晶體、七段顯示器模組、石英
晶體振盪器、電容等元件所組成，AT89S51 單晶片第四十腳接 Vcc，第二
十腳接地，P1 為七段顯示器掃描信號的輸出接腳，七段顯示器上的四位
數並非同時顯示，而是藉由快速掃描的方式，一次顯示一位數，在短時
間內完成掃描；因視覺暫留現象，四位數可同時看見。
(三) 使用器具：
表二
資料來源：本研究者整理
品名 單位 數量 備註
萬用板 塊 1
又稱
電木 PC 板
電木萬用版
電源供應器 臺 1
尖嘴鉗 只 1 5”
斜口鉗 只 1 5”
三用電表 組 1 RH830L
電烙鐵 組 1 20W 或 30W
吸錫器 組 1
IC 線上燒路板 組 1

8. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
7
(四) 使用材料：
表三
資料來源：本研究者整理
(五) 實驗數據：
透過實驗認識 ADC0804 的工作情形，並記錄實驗數據。在 ADC0804
的類比電壓輸入接腳輸入不同電壓，觀察輸出狀態。
品名 單位 數量 備註
IC
ADC0804 只 1
或 ADC0801
～ADC0803
89S51 單晶片 只 1 89C51、89S52 亦可
IC 腳座
20P 只 1
提供 ADC0804
IC 使用
40P 只 1
提供 89S51
單晶片使用
七段顯示器腳座 只 1
電阻器
100Ω,0.5W 只 8 棕黑棕金
330Ω,0.5W 只 2 橙橙棕金
390Ω,0.5W 只 3 橙白棕金
470Ω,0.5W 只 3 黃紫棕金
1KΩ,0.5W 只 5 棕黑紅金
10KΩ,0.5W 只 1 棕黑橙金
100 KΩ,0.5W 只 1 棕黑黃金
電晶體 2SA1015 只 4
發光二極體(LED) 只 8 面寬(Φ )：5mm
陶瓷電容
30pF 只 2
150pF 只 2
0.1μ F 只 1
電解電容 470μ F 只 1
精密可變電阻 10KΩ 只 1
石英晶體振盪器 12MHz 只 1
按鈕開關 只 2
導線 條 若干
銲錫 條 若干

9. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
8
表四 ADC0804 類比數位轉換實驗數據表
二進位輸出
十進位
Vin(V)
實測值
Vin(V)
理論值
腳 11
MSB
腳 12 腳 13 腳 14 腳 15 腳 16 腳 17 腳 18
LSB
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 1 0.018 0.019141
0 0 0 0 0 0 1 0 2 0.032 0.038281
0 0 0 0 0 0 1 1 3 0.057 0.057422
0 0 0 0 0 1 0 0 4 0.08 0.076563
0 0 0 0 0 1 0 1 5 0.089 0.095703
0 0 0 0 0 1 1 0 6 0.113 0.114844
0 0 0 0 0 1 1 1 7 0.14 0.133984
0 0 0 0 1 0 0 0 8 0.156 0.153125
0 0 0 0 1 0 0 1 9 0.167 0.172266
0 0 0 0 1 0 1 0 10 0.193 0.191406
0 0 0 0 1 0 1 1 11 0.211 0.210547
0 0 0 0 1 1 0 0 12 0.226 0.229688
0 0 0 0 1 1 0 1 13 0.243 0.248828
0 0 0 0 1 1 1 0 14 0.262 0.267969
0 0 0 0 1 1 1 1 15 0.286 0.287109
0 0 0 1 0 0 0 0 16 0.307 0.30625
0 0 0 1 0 0 0 1 17 0.319 0.325391
0 0 0 1 0 0 1 0 18 0.341 0.344531
0 0 0 1 0 0 1 1 19 0.356 0.363672
0 0 0 1 0 1 0 0 20 0.385 0.382813
0 0 0 1 0 1 0 1 21 0.389 0.401953
0 0 0 1 0 1 1 0 22 0.419 0.421094
0 0 0 1 0 1 1 1 23 0.426 0.440234
0 0 0 1 1 0 0 0 24 0.454 0.459375
0 0 0 1 1 0 0 1 25 0.468 0.478516
0 0 0 1 1 0 1 0 26 0.496 0.497656
0 0 0 1 1 0 1 1 27 0.511 0.516797
0 0 0 1 1 1 0 0 28 0.531 0.535938
0 0 0 1 1 1 0 1 29 0.554 0.555078
資料來源：本研究者整理

10. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
9
表五 簡易數位直流電壓表實驗數據表
輸入電壓
(V)
顯示值
(V)
誤差
(V)
圖六 簡易電表實驗數據折線圖
0.0372 0.058 0.0208
0.371 0.392 0.021
0.372 0.372 0
1.908 1.901 0.007
2.03 2.038 0.008
2.1 2.116 0.016
2.23 2.234 0.004
2.43 2.45 0.02
2.6 2.626 0.026
2.82 2.822 0.002
2.85 2.861 0.011
2.88 2.88 0
2.9 2.98 0.08
資料來源：本研究者整理
(六) 數據分析：
1、 由表四可知，在 ADC 轉換電路中，當輸入電壓 Vin 愈大時，輸出的二
進位值亦隨著變大，且兩者為線性關係，如圖七。
圖七 ADC 轉換線性關係圖 圖八 實驗照片
0, 0
0.018, 1
0.032, 2
0.057, 3
0.08, 4
0.089, 50.113, 6
0.14, 7
0.156, 8
0.167, 9
0.193, 10
0.211, 11
0.226, 12
0.243, 13
0.262, 14
0.286, 15
0.307, 16
0.319, 17
0.341, 18
0.356, 19
0.385, 20 0.389, 21
0.419, 22 0.426, 23
0.454, 24
0.468, 25
0.496, 26
0.511, 27
0.531, 28
0.554, 29
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0.2 0.4 0.6

11. ADC0804 及其相關迴路之研究---以簡易數位電表為例
10
2、 表五為簡易數位電表實驗數據表，輸入一類比電壓，同時以 RH830L 數
位電表測量此電壓大小，以進行精確度比較，由圖六可見，每次量測
時的誤差皆小於 0.1V，精確度高，實驗照片如圖八所示，當輸入電壓
為 2.10V 時，簡易數位電表顯示值為 2.116V。
平均誤差為
＝0.0166V
參●結論
根據以上的實驗及探討，歸納以下結論：
一、由表四可知，使用 ADC0804 進行類比數位轉換的實驗中，輸出隨著輸
入變化。根據表五可計算 13 次測量的平均誤差為 0.0166V，平均誤差
百分比為 5.255012％，證實以 ADC 轉換的方式製作數位電壓表的可行
性。
肆●引註資料
一、蔡朝洋 著(2006 年 6 月初版五刷)。電子電路實習。台北：全華科技股
份有限公司
二、張志安、李志文、陳世昌 編著（2002 年 5 月初版，2005 年 6 月第三版）。
電子電路實習。台北：台科大圖書股份有限公司
三、張義和、王敏男、許宏昌、余春長 編著(2009 年 6 月三版)。例說 89S51-C
語言 (第三版)。台北：新文京開發出版股份有限公司
四、李華敏 編著(2011 年 3 月初版)。數位邏輯。台北：旗立資訊股份有限
公司
五、蔡朝洋、蔡承佑 編著。電子學實習。台北：全華科技圖書股份有限公
司
六、Roger L. Tokheim 著(2009 年 10 月出版二刷)。陳進益、羅國維 譯。數
位邏輯設計原理與應用。
七、ADC0804 datasheet：
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS00
5671.PDF
八、AT89S51 datasheet：
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/atmel/doc2487.pdf
九、2SA1015 datasheet：
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/toshiba/905.pdf