80C51单片机接口A-D转换器芯片及应用

8位A-D转换芯片以ADC0809为例进行说明。8位A-D转换芯片以ADC0809为例进行说明。ADC0809是ADC08××系列中的一员，ADC08××是美国国家半导体公司的一个A-D转换芯片系列，具有多种芯片型号，其中包括8位8通道CMOS型芯片ADC0808和ADC0809以及8位16通道CMOS型芯片ADC0816和ADC0817等。

1.ADC0809芯片

（1）结构及原理

ADC0808/0809都是带有8位A-D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。其原理框图如图8-1所示。

图8-1所示的多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A-D转换芯片进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。8位A-D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。

图8-1 ADC0809原理框图

（2）芯片引脚

ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列如图8-2所示。

各引脚功能如下：

IN₇～IN₀：8个模拟量输入端。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围为0～5V。

START：启动信号。A-D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A-D转换）。

图8-2 ADC0809引脚排列

EOC：转换结束信号。当A-D转换结束后，发出一个正脉冲，表示A-D转换完毕。此信号可用作A-D转换是否结束的检测信号，或向CPU申请中断的信号。

OE：输出允许信号。当此信号被选中时，允许从A-D转换器的锁存器中读取数字量。此信号可作为ADC0808/0809的片选信号，高电平有效。当A-D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLOCK：实时时钟，可通过外接RC电路改变时钟频率。

ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并把该通道的模拟量接入A-D转换器。

C、B、A：通道号选择端子。C为最高位，A为最低位，选择方法见表8-1。

表8-1 通道号选择表

D₇～D₀：数字量输出端。为三态缓冲输出形式，可以与单片机的数据线直接相连。D₀为最低位，D₇为最高位

V_REF（+）、VREF（-）：参考电压端子。用以提供D-A转换器权电阻的标准电平。对于一般单极性模拟量输入信号，V_REF（+）=+5V，V_REF（-）=0V。

V_CC：电源端子，接+5V。

GND：接地端。

（3）ADC0808/0809的技术指标

①单一电源，+5V供电，模拟输入范围为0～5V。

②分辨率为8位。

③最大不可调误差：。

④功耗为15mW。

⑤转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率范同为10-1280kHz，当CLOCK等于500kHz时，转换速度为128ILS。

⑥可锁存三态输出，输出与TTL兼容。

⑦无需进行零位及满量程调整。

⑧温度范同为-40-+85QC。

总之，ADC0808/0809具有较高的转换速度和精度、受温度影响较小、能较长时间保证精度、重现性好、功耗较低，且具有8路模拟开关，所以用于过程控制是比较理想的器件。

2.ADC0809的接口技术

(1)模拟量输入信号的连接(https://www.xing528.com)

A-D转换器ADC0809所要求接收的模拟量大都为0-5V的标准电压信号，用户可通过改变外接线路来改变量程。

(2)数字量输出引脚的连接

A-D转换器数字输出引脚和单片机的连接方法与其内部结构有关。对于内部未含输出锁存器的A-D转换器来说，一般通过锁存器或I/O接口与微机相连，常用的接口及锁存器有美国intel公司的8155、8255、8243以及74LS273、74LS373、8212等。ADC0809转换器内部含有数据输出锁存器时，可直接与微型机相连。有时为了增加控制功能，也采用I/O接口连接。

（3）A-D转换器的启动方式

任何一个A-D转换器在开始转换前，都必须加一个启动信号，才能开始工作。芯片不同，要求的启动方式也不同。一般分脉冲启动和电平启动两种。脉冲启动型芯片，只要在启动转换输入引脚加一个启动脉冲即可，如ADC0809、ADC80、AD574A等均属于脉冲启动转换芯片，往往用W及地址译码器的输出Y_i经过一定的逻辑电路进行控制。

（4）转换结束信号的处理方法

微型机检查判断A-D转换结束的方法有以下三种：①中断方式，将转换结束标志信号接到微型机的中断申请引脚（如、）或允许中断的I/O接口的相应引脚上（8255）。当转换结束时，即提出中断申请，微机响应后，在中断服务程序中读取数据。这种方法使A-D转换器与微机的工作同时进行，因而节省机时，常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。

②查询方式，把转换结束信号经三态门送到CPU数据总线或I/O接口的某一位上，微型机向A-D转换器发出启动信号后，便开始查询A-D转换是否结束，一旦查询到A-D转换结束，则读出结果数据。这种方法的程序设计比较简单，且实时性也比较强，是应用最多的一种方法。特别是在单片机系统中，因为它具有很强的位处理功能，因而，使用起来更加方便。

③软件延时方法，其具体作法是，微型机启动A-D转换后，就根据转换芯片完成转换所需要的时间，调用一段软件延时程序（为保险起见，通常延时时间略大于A-D转换过程所需的时间）；延时程序执行完以后，A-D转换也已完成，即可读出结果数据。这种方法可靠性比较高，不必增加硬件连线，但占用CPU的机时较多，多用在CPU处理任务较少的系统中。

（5）参考电平的连接

在A-D转换器中，参考电平的作用是供给其内部D-A转换器的标准电源，它直接关系到A-D转换的精度，因而对该电源的要求比较高，一般要求由稳压电源供电。不同的A-D转换器，参考电源的提供方法也不一样。

（6）时钟的连接

A-D转换器的另一个重要连接信号是时钟，其频率是决定芯片转换速度的基准。整个A-D转换过程都是在时钟作用下完成的（见图2-16所示）。

时钟的提供方法：

①芯片内部提供，经常外接RC电路来提供。

②一种是由外部时钟提供，提供如下方法：

◆可以用单独的振荡器；

◆更多的则是用CPU时钟经分频后，送至A-D转换器的相应时钟端子。

（7）接地问题

模拟地和数字地要分别连接。然后，再把这两种“地”用一根导线连接起来。

3.ADC0809与80C51接口

A-D转换器芯片与单片机的接口是数字量输入接口，其原理与并行I/O输入接口相同，需要有三态缓冲功能，即A-D转换器芯片必须通过三态门“挂上”数据总线。ADC0809芯片已具有三态输出功能，因此，ADC0809与80C51的接口比较直接，如图8-3所示。

图8-3 ADC0809与8OC51接口电路图

如图8-3中所示，8路模拟通道选择信号A、B、C分别接最低3位地址A0、A1、A2（即P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为FEF8H～FEFFH。因转换结束信号EOC高电平有效，所以经反相器与引脚相连。在进行A-D转换之前，必须先用“MOVX@DPTR，A”指令启动A-D转换。此时，=0，P2.0也是低电平，于是A-D转换开始。当A-D转换完成后，EOC变为高电平，随之80C51单片机的INT1变成低电平，向单片机提出中断申请。若中断得到响应，便进行读操作（=0，P2.0=0），读出A-D转换结果。

【例8-1】 设有一个8路巡回检测系统，其采样数据依次存放在外部RAM A0H～A7H单元中，按图8-3的接口电路，ADC0809的8个通道地址为FEF8H～FEFFH。试进行程序设计。执行一条“MOVX@DPTR，A”指令，产生信号，使ALE和START有效，就可以启动一次A-D转换。但一次启动只能进行一个通道的转换，8个通道的A-D转换需按通道顺序逐个进行。为此，在程序中应当有改变通道号的指令，并且每改变一次就执行一次启动A-D转换指令。据此数据采样的参考程序如下：

ORG 0000H；主程序入口地址

AJMP MAIN；跳转主程序 ORG 0013H；中断入口地址

AJMP INT1；跳转中断服务程序

ORG 0030H MAIN：MOV R0，#A0H；数据暂存区首址

MOV R2，#08H；8路计数初值

SETB IT1；边沿触发

SETB EA；开中断

SETB EX1；允许中断