ADC0809芯片的原理及应用

1、目录引言 . .（ 1）1 ADC0809的逻辑结构 .（ 1）1.1 ADC0809 引脚结构 .（ 1）1.2 ADC0809 的主要性能指标 .（ 3）1.3 ADC0809 的内部逻辑结构 .（ 3）1.4 ADC0809 的时序 .（ 4）2 ADC0809与 MCS-51单片机的接口电路 .（ 5）2.1 0809与 51 单片机的第一种连接方式 .（ 7）2.2 0809与 51 单片机的第二种连接方式 .（ 9）2.3 0809与 51 单片机的第三种连接方式 .（10）3 ADC0809与单片机制作的数字电压表 .（11）总结 . .（16）参考文献. .（16）英文翻译.

2、.（17）精品文档ADC0809芯片的原理及应用摘要： ADC0809是 8 位逐次逼近型A/D 转换器，是目前应用比较广泛、典型的A/D 转换芯片之一。本文主要介绍ADC0809芯片的内部逻辑结构、引脚分布，并详细阐述了其工作原理。在此基础上设计了两种相关应用电路ADC0809与单片机的接口电路及数字电压表，并对这两种应用电路的可行性进行了讨论。通过对ADC0809应用电路的探究，能更全面的提高对应用系统的分析、设计能力，对实践具有重要的指导意义。关键词： ADC0809；模数转换；单片机引言A/D 转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为

3、数字信号，以便计算机等数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及许多其它领域中，A/D 转换器是不可缺少的重要组成部分，它的应用已经相当普遍。目前用软件的方法虽然可以实现高精度的A/D 转换，但占用 CPU时间长，限制了应用。 8 位 A/D 转换器 ADC0809作为典型的 A/D 转换芯片，具有转换速度快、价格低廉及与微型计算机接口简便等一系列优点，目前在8 位单片机系统中得到了广泛的应用。1 ADC0809的逻辑结构ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、 8 路模拟开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，是目前应用比较广泛的A

4、/D 转换芯片之一，主要适用于对精度和采样速率要求不高的场合或一般的工业控制领域，可以和单片机直接相连。 它具有 8 个通道的模拟量输入线， 可在程序控制下对任意通道进行 A/D 转换得到 8位二进制数字量。 1图 1.1 0809引脚图1.1 ADC0809 引脚结构ADC0809 引脚图如图 1.1所示。1欢迎下载精品文档ADC0809对输入模拟量要求： 信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路，即采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时2值，并在 A/D 转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。

5、各管脚功能如下：(1) 模拟信号输入 IN0IN7（26-28 、1-5 脚) ：IN0-IN7 为八路模拟电压输入线，加在模拟开关上，通过 A、B、C三个地址译码来选通。(2) 地址输入和控制线：地址输入和控制线共4 条，其中 A、B 和 C 为地址输入线（ 23-25 脚），用于选择 IN0-IN7 上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D 转换。ALE（22 脚）为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，A、B 和 C 三条地址线上地址信号得以锁存，经译码器控制八路模拟开关通路工3作，上升沿有效。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道CBA选择的通道000IN0100IN400

6、1IN1101IN5010IN2110IN6011IN3111IN7(3) 数字量输出及控制线共 11 条：START(6脚) 为“启动脉冲”输入线，上升沿清零，下降沿启动ADC0809工作，最小脉冲宽度与ALE信号相同。EOC(7脚) 为转换结束输出线，该线高电平表示 A/D 转换已结束，数字量已锁入“三态输出锁存器” ，常用来作为中断请求信号。D0-D7(17、 14、15、18-20 脚）为数字量输出线， D7为最高位， D0 为最低位。OE为“输出允许”线，高电平有效。ADC0809接到此信号时，其三态输出端与 CPU数据总线接通，后者可将数据取走。(4) 电源线及其它共 5 条： C

7、LOCK（10 脚）为时钟输入线，用于为 ADC0809提供逐次比较所需，一般为640kHz 时钟脉冲。2欢迎下载精品文档VCC(11脚) 为电源输入线，典型的输入电压为+5V。GND(13脚) 为地线。VREF 和 VREF(12 、16 脚) 为参考电压输入线，用于给电阻网络供给标准电压。 VREF 常接 +5V， VREF 常接地或 -5V。两个参考电压的选择必须满足以下条件：0 VREFVREFVCCVREFVREF1 VCC22从输入的模拟电压 U IN 转换成数字量的公式为NU INVREF28VREFVREF例如 VREF =+5V， VREF =0V， U IN 转换成数字量的

8、公式为NU IN28VREF1输入的模拟电压为 U IN =2.5V，则 N=128=80H。分辨率： 8 位。模拟量电压输入范围： 0-5V。线性误差：± 1LSB。其中 LSB为数字输出最低位， LSB=|VREF |/256 。若使用 +5V电压，那么线性误差为 0.019V。 4外接时钟频率： 10kHz 到 1.2MHz。一般为 640kHz。转换时间： 100s。功耗： 15mW。1.3 ADC0809 的内部逻辑结构ADC0809 的内部逻辑结构如图1.2 所示，它主要由三部分组成。第一部分：模拟输入选择部分，包括一个8 路模拟开关、一个地址锁存译码电路。输入的3 位通

9、道地址信号由锁存器锁存，经译码电路后控制模拟开关选择相应的模拟输入。第二部分：转换器部分，主要包括比较器，8 位 A/D 转换器，逐次逼近。3欢迎下载精品文档寄存器 SAR，电阻网络以及控制逻辑电路等。第三部分：输出部分，包括一个 8 位三态输出缓冲器，可直接与 CPU数据总线接口。 1图 1.2 ADC0809 内部逻辑结构图由于芯片性能特点是一个逐次逼近型的A/D 转换器，外部供给基准电压；分辨率为 8 位，带有三态输出锁存器，转换结束时，可由CPU打开三态门，读出 8 位的转换结果；有8 个模拟量的输入端，可引入8 路待转换的模拟量。ADC0809的数据输出结构是内部有可控的三态缓冲器，

10、所以它的数字量输出信号线可以与系统的数据总线直接相连。内部的三态缓冲器由OE控制，当 OE为高电平时，三态缓冲器打开，将转换结果送出；当OE为低电平时，三态缓冲器处于阻断状态，内部数据对外部的数据总线没有影响。因此，在实际应用中，如果转换结束，要读取转换结果则只要在OE引脚上加一个正脉冲， ADC0809就会将转换结果送到数据总线上。1.4 ADC0809 的时序 2ADC0809的时序图如图1.3 所示。从时序图可以看出ADC0809的启动信号START是脉冲信号，也即此芯片是靠脉冲启动的。当模拟量送至某一通道后，由三位地址信号译码选择，地址信号由地址锁存允许信号ALE 锁存。启动脉冲STA

11、RT到来后， ADC0809就开始进行转换。启动正脉冲的宽度应大于200ns, 其上升沿复位逐次逼近SAR，其下降沿才正真开始转换。 START在上升沿后 2us 在加上 8 个时钟周期的时间， EOC才变为低电平。当转换完成后，输出转换信号。4欢迎下载精品文档EOC由低电平变为高电平有效信号。 输出允许信号 OE打开输出三态缓冲器的门，把转换结果送到数据总线上。使用时可利用EOC信号短接到OE端，也可利用EOC信号向 CPU申请中断。图 1.3 ADC0809 的时序图2 ADC0809与 MCS-51单片机的接口电路ADC0809与 MCS-51单片机的接口电路主要涉及两个问题: 一是 8

12、 路模拟信号通道的选择， 二是 A/D 转换完成后转换数据的传送。在讨论此接口设计之前，应先了解单片机是如何控制ADC的问题。由于 MCS-51单片机受到引脚数目的限制数据线和低8 位地址线是复用的，由 P0 口线兼用。为了将它们分离出来，需要在单片机外部增加地址锁存器，从而构成与一般 CPU相类似的片外三总线：地址总线（ AB）、数据总线（ DB）、控制总线（CB），如图 2.1 所示。目前常用的地址锁存器芯片有： 74LS373、8282、74LS573等。在实际应用中，先把低 8 位的地址送锁存器暂存，地址锁存器的输出给系统提供低 8 位的地址，而把 P0口作为数据线使用。以 P2口的口

13、线作为高位地址线， 如使用 P2口的全部 8 位口线，在加上 P0 口提供的低 8 位地址，便形成了完整的 16 位地址总线，使单片机系统的寻址范围达到 64KB。 3。5欢迎下载精品文档图 2.1 MCS-51 扩展的三总线在扩展系统中还需要一些控制信号线，以构成扩展系统的控制总线。这些信号有的是引脚的第一功能，有的是P3口的第二功能信号，主要包括：使用ALE信号作为低 8 位地址的锁存控制信号； 以 EA 信号作为内外程序存储器的选择控制信号， EA1 时，访问片内程序存储器，EA0 时，访问片外程序存储器；由 RD 和 WR 信号作为扩展数据存储器和I/O 的读选通和写选通信号；以PSE

14、N 信号作为扩展程序存储器的读选通信号用来接外扩EPROM的 OE 引脚。总的来说，单片机控制 ADC0809的工作过程是： 首先用指令选择 0809 的一个模拟输入通道，当执行MOVX DPTR，A时，单片机的 WR 信号有效，因此产生一个启动信号，给START引脚送入脉冲，开始对已选中的通道进行转换。这就是前面所说的第一个问题：8 路模拟通道的选择问题。转换结束后， 0809 发出转换结束 EOC信号，即通过检查 EOC引脚的电平即可，高电平时转换结束。此信号供单片机查询，也可以反向后作为向单片机发出的中断请求信号。 当在执行 MOVX A，DPTR时，单片机发出读控制信号RD ，OE端为

15、高电平，允许输出，把转换完的数字量读到累加器A 中。A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。由上述可知，单片机控制 ADC时，可采用查询和中断控制两种方式。查询方式时， A/D 转换芯片有表明转换完成的状态信号，即 0809 的 EOC端。启动 A/D 转换后，执行别的程序，同时对 EOC引脚的状态进行查询，以检查转换是否完成，若查询到变换已经完成就接着进行数据传送。中断方式是在启动信号送到ADC后，单片机执行。6欢迎下载精品文档别的程序。 0809 转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务程序，读入转换数据。此方式效率高，特别适合于变换时间较长的 A

16、DC。3还可采用定时传送方式进行数据的传送。因为对于一种 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。 ADC0809转换时间为 128s，相当于 6MHz的 MCS-51单片机的 64 个机器周期。可据此设计一个延时子程序， A/D 转换启动后即调用此子程序，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。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以 RD 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。这里需要说明的是， ADC0809的三个地址端 A、B、C可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，

17、例如与 D0D2相连。这时启动 A/D 转换的指令与上述类似，只不过 A 的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号 IN0IN7 相一致。例如当 A、B、C分别与 D0、 D1、D2相连时，启动 IN7 的 A/D 转换指令如下：MOV DPTR， #FE00H ；送入 0809 的口地址MOV A， #07H ；D2D1D0=111选择 IN7 通道5MOVX DPTR，A ；启动 A/D 转换模数转换器定位为单片机的外部 RAM单元，因此与单片机的连接就有很多种。大体上说 ADC0809在整个单片机系统中是作为外部 RAM的一个单元定位的。具体到某一个连接方式， 定位又有区别。 0809

18、 与单片机典型的连接有以下三种：2.1 0809 与 51 单片机的第一种连接方式这是数据线对数据线、地址线对地址线的标准连接方式，如图2.2 所示。由于 ADC0809片内没有时钟，可利用单片机提供的地址锁存信号ALE经 D触发器 2 分频后获得， ALE引脚的频率是单片机时钟频率的 1/6 ，如果单片机时钟频率采用 6MHz，则 ALE引脚的输出频率为 1MHz，再经过 2 分频后为 500kHz,恰好符合 0809 对时钟的要求。 3。7欢迎下载精品文档图 2.2由于 ADC0809具有输出三态锁存器，其8 位数据输出引脚可直接与数据总线连接。地址译码引脚 C、B、A 分别与地址总线的低

19、 3 位 A2、A1、A0 相连，以选通 INO-IN7 中的一个通路。 P2.7( 地址线 A15)作为片选信号端，在启动 A/D 转换时，由单片机的写信号 WR 和 P2.7 引脚信号控制 ADC的地址锁存和转换启动，由于 ALE信号与 START信号接在一起，这样连接使得在信号的前沿写入 （锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。图 2.3 是有关信号的时间配合示意图。图 2.3 信号的时间配合在读取转换结果时，用低电平的读信号 RD 和 P2.7 引脚经 1 级或非门后，产生的正脉冲作为 OE信号，用以打开输出三态锁存器。 ADC0809的转换结果寄存器在概念上定位为单片机外部 RA

20、M单元的一个只读寄存器，与通道号无关。因此读取转换结果时不必关心 DPTR中的通道号如何。编程概要 :MOV DPTR， # 7FF8H ； DPTR 指向 0809 通道 0。8欢迎下载精品文档MOVX DPTR， A ；端口地址送 DPTR，P2.7=0, 锁定通道 0 并启动转换-MOVX A， DPTR；读取转换结果此方式下单片机采用的是查询方式来控制ADC。还可以采用中断方式的接口电路，只要把图2.2 中的 EOC引脚经过一非门接到单片机的INT 1引脚上即可。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束， EOC发出一个信号向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断1

21、的中断服务程序读A/D转换结果，并启动ADC0809的下一次转换，外部中断1 采用跳沿触发方式。程序如下：INT1: SETB INT1；外部中断 1 初始化编程SETB EA；CPU开中断SETB EX1；选择外中断为跳沿触发方式MOV DPTR, #7FF8H；端口地址送 DPTRMOV A, #00HMOVX DPTR, A；启动 0809 对 IN0 通道转换 ；完成其他工作中断服务程序：PINT1： MOV DPTR, #7FF8H ；读取 A/D 结果送内部 RAM单元 30HMOVX A, DPTRMOV 30H, AMOV A, #00H；启动对 IN0 的转换MOVX DPT

22、R,ARETI2.2 0809 与 51 单片机的第二种连接方式6ADC0809的数据线有一特点：只能出不能进。通常芯片的地址线只能进不能出。因此可以在把51 单片机的 8 位数据线接到 ADC0809的 8 位数据线的同时 , 又把其中的 3 位直接接到 ADC0809的 3 根地址线以确定通道号。 如图 2.4 所示。通常把 51 单片机的 8 位数据线中的低 3 位 D2、D1、 D0直接接到 ADC0809的 3 根地址线 A2、A1、A0 以确定通道号。采用这种连接方式明显可以省去一片74LS373。9欢迎下载精品文档编程概要：MOV A , # 0F8H； ADC0809 通道 0

23、 地址送到 AMOV DPTR , # 7FFFH； DPTR 指向 ADC0809MOVX DPTR ,A； 锁定通道 0 并启动转换?MOVX A , DPTR； 读取转换结果图 2.42.3 0809 与 51 单片机的第三种连接方式5在很多应用场合， 51 单片机内部的硬件资源，例如 AT89S51单片机内部有 4kB 闪存， 128B内部 RAM，一个串行口和 4 个 8 位并行口等，已经够用。从而不需要外扩 RAM或 I/O 口。当 51 单片机没有外扩 RAM和 I/O 口时， ADC0809就可以在概念上作为一个特殊的唯一的外扩 RAM单元。因此也就没有地址编号，也就不需要任何

24、地址线或者地址译码线。只要单片机往外部RAM写入，就写到ADC0809的地址寄存器中。单片机从外部RAM读取数据，就是读ADC0809的转换结果。基于这种外部RAM的唯一单元概念设计的AT89S51与 ADC0809的连接电路如图 2.5 所示。编程概要 :。10欢迎下载精品文档MOV A， #0F8H； ADC0809 通道 0 地址送到 AMOVX R0，A； 锁定通道 0 并启动转换-MOVX A， R0； 读取转换结果图 2.5三种接口电路各有特点，第一种和第二种接口电路允许多片ADC0809与单片机连接。一般1 片 0809 就能满足控制工程需要，在单片机没有外扩RAM和I/O 接口

25、时 , 第三种接口电路是优选方案。用2 片或者更多 ADC0809时，第二种接口电路是优选方案。第一种接口电路是在单片机系统有74LS373锁存器的基础上使用比较方便可行。3 ADC0809与单片机制作的数字电压表从 ADC0809的通道 IN3 输入 05V 之间的模拟量，通过 ADC0809转换成数字量在数码管上以十进制形式显示出来，如下图 3.1 所示。 ADC0809的 VREF 接 5V 电压。 7。11欢迎下载精品文档图 3.1数字电压表电路图其中 CD4013由两个相同的、相互独立的触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q 及 Q 输出。此器件可用作移位寄存器

26、，且通过将Q 输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。如前所述，使用CD4013目的就是对单片机ALE 引脚输出的时钟频率2MHz进行 4。12欢迎下载精品文档分频，以提供0809 合适的时钟信号。引脚图及具体单元电路图如图3.2所示。图 3.2 CD4013 引脚图硬件连线是：把单片机系统区域中的P1.0 P1.7 与动态数码显示区域中的A、B、C、D、E、F、G、 H端口用 8 芯排线连接。 P2.0 P2.7 与动态数码显示区域中的 S1 S8 端口用 8 芯排线连接。 P3.0 与模数转换模块区域中的ST端子用导线相连接。 P3.1 与模数转换模块区域中的OE端子用导线相连接。 P3

27、.2 与模数转换模块区域中的 EOC端子用导线相连接。 IN3 端用导线连接到三路可调电压模块区域中的 VR1端子上。 P0.0 P0.7 用 8 芯排线连接到模数转换模块区域中的 D0 D7端上。因为 ADC0809的参考电压 VREF VCC ，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256VREF ) ，其中 D 为转换成的数字量。8程序设计时注意，进行 A/D 转换时，采用查询 EOC标志信号来检测 A/D 转换是否完毕，若完毕则把数据通过 P0 口读入，经数据处理后在数码管上显示。进行 A/D 转换之前，要启动转化的方法：ABC=110选择第三

28、通道。ST=0， ST=1， ST=0产生启动转换的正脉冲信号。汇编源程序如下：CH EQU 30H。DPCNT EQU 31HDPBUF EQU 33H。13欢迎下载精品文档GDATA EQU 32HST BIT P3.0OE BIT P3.1EOC BIT P3.2ORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART: MOV CH，#0BCHMOV DPCNT，#00HMOV R1，#DPCNTMOV R7，#5MOV A，#10MOV R0，#DPBUFLOP: MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LOPMOV R0，#00HINC R0MO

29、V R0，#00HINC R0MOV R0，#00HMOV TMOD，#01HMOV TH0，#(65536-4000)/256MOV TL0，#(65536-4000) MOD 256SETB TR0SETB ET0SETB EAWT: CLR STSETB STCLR STWAIT: JNB EOC，WAIT。14欢迎下载精品文档SETB OEMOV GDATA，P0CLR OEMOV A， GDATAMOV B， #100DIV ABMOV 33H，AMOV A， BMOV B， #10DIV ABMOV 34H，AMOV 35H，BSJMP WTT0X: NOPMOV TH0，#(65

30、536-4000)/256MOV TL0，#(65536-4000) MOD 256MOV A，DPCNTADD A，#DPBUFMOV R0， AMOV A，R0MOVC ，A A+DPTRMOV P1， AMOV DPTR，#DPBTMOV A，DPCNTMOVC ，A A+DPTRMOV P2， AINC DPCNTMOV A，DPCNTCJNE A， #8，NEXTMOV DPCNT，#00HNEXT: RETIDPCD: DB 3FH，06H， 5BH，4FH，66HDB 6DH，7DH， 07H，7FH，6FH， 00H。15欢迎下载精品文档DPBT: DB 0FEH，0FDH，0

31、FBH，0F7HDB 0EFH，0DFH，0BFH，07FHEND 9结束语ADC0809作为逐次比较型 A/D 转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的 A/D 转换器件。在与单片机的接口电路中， 关键是要明确 0809 转换的原理及单片机控制0809 的工作过程， 并且对软件编程还有一定的要求。以上三种接口电路所用器件都很常见, 电路连接简单，能实现对数据的采集和A/D 转换。在应用此接口电路时，主要根据场合的应用要求以及 ADC0809芯片的性能指标来选择合适的应用电路。 ADC0809和单片机制作的数字电压表， 是基于 0809 工作原理以及 0809 与单片机接口电路的基础上设

32、计的， 由于实际电路中模拟量变化较快，因此对软件编程要求相对高些。此应用电路理论上能基本实现对输入模拟电压的显示。目前，由各种单片 A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测量系统等智能化测量领域，展示出强大的生命力。参考文献1 尹建华 . 微型计算机原理与接口技术 M. 北京：高等教育出版社， 2008 ；513-5152 周明德 . 微机原理与接口技术 M. 北京：人民邮电出版社， 20023 张毅刚 . 单片机原理及应用 M. 北京：高等教育出版社， 2004；295-2984王毓银 . 数字电路逻辑设计/ 脉冲与数字电路M. 北京：高等教育出版社，19995 申小海，李俊莉 . 基于 ADC0809的模数转换应用举隅 J. 河南师范大学师范大学学报（自然科学版）， 2008：166-1676元增民 .AT89S51 单片机与ADC0809模数转换器的三种典型连接J.长沙大学学报，2005