51單片機與A/D接口設(shè)計詳解

A/D轉(zhuǎn)換器用于實現(xiàn)模擬量→數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，按轉(zhuǎn)換原理可分為4種，即：計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。

目前最常用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價格便宜。其缺點是轉(zhuǎn)換速度較慢，因此，這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場合。

另一種常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種速度較快，精度較高的轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間大約在幾μs到幾百μs之間。通常使用的逐次逼近式典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片有：

(1)ADC0801~ADC0805型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器(美國國家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品)。

(2)ADC0808 / 0809型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器。

(3) ADC0816 / 0817。這類產(chǎn)品除輸入通道數(shù)增加至16個以外，其它性能與ADC0808 /0809型基本相同。

典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809

ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，CMOS工藝。

1.  ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖中，多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。

對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：

(1) IN7～IN0：模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量的要求主要有：信號單極性，電壓范圍0～5 V，若信號過小還需進行放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快，因此，對變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。

(2) A、B、C：地址線。A為低位地址，C為高位地址，用于對模擬通道進行選擇。圖中為ADDA、ADDB和ADDC。

(3) ALE：地址鎖存允許信號。在對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。

(4)START：轉(zhuǎn)換啟動信號。START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0;START下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換;在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。

(5)D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。

(6)OE：輸出允許信號。其用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻;OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。

(7)CLK：時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500kHz的時鐘信號。

(8)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。EOC=0，正在進行轉(zhuǎn)換;EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用。

(9)VCC：+5 V電源。

(10)Vref：參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5 V(Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V)

MCS-51單片機與ADC0809接口

ADC0809與8031單片機的一種連接如圖所示。

電路連接主要涉及兩個問題，一是8路模擬信號通道選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。

8路模擬通道選擇

A、B、C分別接地址鎖存器提供的低三位地址，只要把三位地址寫入0809中的地址鎖存器，就實現(xiàn)了模擬通道選擇。對系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。圖7.40中使用的是線選法，口地址由P2.0確定，同時和相或取反后作為開始轉(zhuǎn)換的選通信號。

轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送

A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換完成，因為只有確認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進行傳送。為此，可采用下述三種方式。

1) 定時傳送方式

對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如,ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128 μs，相當(dāng)于6 MHz的MCS-51單片機R 64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用這個延時子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。

2) 查詢方式

A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此，可以用查詢方式，軟件測試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，然后進行數(shù)據(jù)傳送。

3) 中斷方式

把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(EOC)作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。

在圖中，EOC信號經(jīng)過反相器后送到單片機的UMDJ，因此可以采用查詢該引腳或中斷的方式進行轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的傳送。

不管使用上述哪種方式，一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。

首先送出口地址，并以作選通信號，當(dāng)信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收，即：

MOV DPTR，#0000H ;選中通道0

MOVX A， @DPTR ;信號有效，輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)到A累加器