单片机设计技术：第8章 AD转换器

1、第8章 A/D转换器8.1 A/D转换器概述 在设计A/D转换器与单片机接口之前，往往要根据A/D转换器的技术指标选择A/D转换器。为此，先介绍一下A/D转换器的主要技术指标。 量化间隔和量化误差是A/D转换器的主要技术指标之一。量化间隔可用下式表示。其中n为A/D转换器的位数。 量化误差有两种表示方法：一种是绝对误差，另一种是相对误差。 A/D转换器芯片种类很多，按其转换原理可分为逐次比较式、双重积分式、量化反馈式和并行式A/D转换器；按其分辨率可分为816位的A/D转换器芯片。目前最常用的是逐次逼近式和双重积分式。 逐次逼近式转换器的常用产品有ADC0801ADC0805型8位MOS型A/

2、D转换器、ADC0808/0809型8位MOS型A/D转换器、ADC0816/0817型8位MOS型A/D转换器、AD574型快速12位A/D转换器。 双重积分式转换器的常用产品有ICL7106/ICL7107/ICL7126、MC14433/5G14433、ICL7135等。 A/D转换器与单片机接口具有硬、软件相依性。一般来说，A/D转换器与单片机的接口主要考虑的是数字量输出线的连接、ADC启动方式、转换结束信号处理方法以及时钟的连接等。 A/D转换器数字量输出线与单片机的连接方法与其内部结构有关。对于内部带有三态锁存数据输出缓冲器的ADC(如ADC0809、AD574等)，可直接与单片机

3、相连。对于内部不带锁存器ADC，一般通过锁存器或并行I/O接口与单片机相连。在某些情况下，为了增强控制功能，那些带有三态锁存数据输出缓冲器的ADC也常采用I/O接口连接。还有，随着位数的不同，ADC与单片机的连接方法也不同。对于8位ADC，其数字输出线可与8位单片机数据线对应相接。对于8位以上的ADC，与8位单片机相接就不那么简单了，此时必须增加读取控制逻辑，把8位以上的数据分两次或多次读取。为了便于连接，一些ADC产品内部已带有读取控制逻辑，而对于内部不包含读取控制逻辑的ADC，在和8位单片机连接时，应增设三态缓冲器对转换后的数据进行锁存。 一个ADC开始转换时，必须加一个启动转换信号，这一

4、启动信号要由单片机提供。不同型号的ADC，对于启动转换信号的要求也不同，一般分为脉冲启动和电平启动两种。对于脉冲启动型ADC，只要给其启动控制端上加一个符合要求的脉冲信号即可，如ADC0809、ADC574等。通常用WR和地址译码器的输出经一定的逻辑电路进行控制。对于电平启动型ADC，当把符合要求的电平加到启动控制端上时，立即开始转换。在转换过程中，必须保持这一电平，否则会终止转换的进行。因此，在这种启动方式下，单片机的控制信号必须经过锁存器保持一段时间，一般采用D触发器、锁存器或并行I/O接口等来实现。AD570、AD571等都属于电平启动型ADC。 当ADC转换结束时，ADC输出一个转换结

5、束标志信号，通知单片机读取转换结果。单片机检查判断A/D转换结束的方法一般有中断和查询两种。对于中断方式，可将转换结束标志信号接到单片机的中断请求输入线上或允许中断的I/O接口的相应引脚，作为中断请求信号；对于查询方式，可把转换结束标志信号经三态门送到单片机的某一位I/O口线上，作为查询状态信号。 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的作用下完成的。A/D转换时钟的提供方法有两种：一种是由芯片内部提供(如AD574)，一般不许外加电路；另一种是由外部提供，有的用单独的振荡电路产生，更多的则把单片机输出时钟经分频后，送到A/D转换器

6、的相应时钟端。9.2 MCS-51单片机与A/D转换器的接口和应用9.2.1 典型A/D转换器芯片ADC0809 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s左右。1.ADC0809的内部逻辑结构 ADC0809的内部逻辑结构图如图9-7所示。 图9.7 ADC0809内部逻辑结构 图9.8 ADC0809引脚图 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，这是一种经济的多路数据采集方法。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，其转换结果通过三态输出

7、锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。表9-1为通道选择表，图9.9 ADC0809的工作时序图 表9-1 通道选择表 图5.17 ADC0809转换工作时序 2信号引脚 ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图9.8。 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： IN7IN0模拟量输入通道 A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为 高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。 ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START转换启动信号。START上升沿时，复位AD

8、C0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST. D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片 机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。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，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 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。 EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态 标志，又

9、可作为中断请求信号使用。 Vcc +5V电源。 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+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。3ADC0809与单片机接口 图5.18 ADC0809与8031的接口连接图 4A/D转换应用程序举例 设图5.18接口电路用于一个8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。 其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程序： MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针 MOV R2，#08H ；设置8路采样计数值 SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式 SETB EA ；CPU开放中断 SETB EX0 ；允许外部中断0中断 MOV DPTR，#FEF8H ；送入口地址并指向IN0 LOOP： MOVX DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意义 HERE： SJMP HERE ；等待中断中断服务程序： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内RAM单