51单片机与A/D接口设计详解

A/D转换器用于实现模拟量→数字量的转换，按转换原理可分为4种，即：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。

目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。其缺点是转换速度较慢，因此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。

另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快，精度较高的转换器，其转换时间大约在几μs到几百μs之间。通常使用的逐次逼近式典型A/D转换器芯片有：

(1)ADC0801~ADC0805型8位MOS型A/D转换器(美国国家半导体公司产品)。

(2)ADC0808 / 0809型8位MOS型A/D转换器。

(3) ADC0816 / 0817。这类产品除输入通道数增加至16个以外，其它性能与ADC0808 /0809型基本相同。

典型A/D转换器芯片ADC0809

ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。

1. ADC0809的内部逻辑结构

ADC0809内部逻辑结构如图所示。

图中，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转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。

对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：

(1) IN7～IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0～5 V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。

(2) A、B、C：地址线。A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择。图中为ADDA、ADDB和ADDC。

(3) ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

(4)START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0;START下跳沿时，开始进行A/D转换;在A/D转换期间，START应保持低电平。

(5)D7~D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。

(6)OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻;OE=1，输出转换得到的数据。

(7)CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。

(8)EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换;EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。

(9)VCC：+5 V电源。

(10)Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5 V(Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V)

MCS-51单片机与ADC0809接口

ADC0809与8031单片机的一种连接如图所示。

电路连接主要涉及两个问题，一是8路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。

8路模拟通道选择

A、B、C分别接地址锁存器提供的低三位地址，只要把三位地址写入0809中的地址锁存器，就实现了模拟通道选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把三位地址写入，还要提供口地址。图7.40中使用的是线选法，口地址由P2.0确定，同时和相或取反后作为开始转换的选通信号。

转换数据的传送

A/D转换后得到的是数字量的数据，这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此，可采用下述三种方式。

1) 定时传送方式

对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如,ADC0809转换时间为128 μs，相当于6 MHz的MCS-51单片机R 64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

2) 查询方式

A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此，可以用查询方式，软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，然后进行数据传送。

3) 中断方式

把表明转换完成的状态信号(EOC)作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

在图中，EOC信号经过反相器后送到单片机的UMDJ，因此可以采用查询该引脚或中断的方式进行转换后数据的传送。

不管使用上述哪种方式，一旦确认转换完成，即可通过指令进行数据传送。

首先送出口地址，并以作选通信号，当信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接收，即：

MOV DPTR，#0000H ;选中通道0

MOVX A， @DPTR ;信号有效，输出转换后的数据到A累加器