51單片機(jī)與A/D接口設(shè)計(jì)詳解

A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)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(jì)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(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)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(shí)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(gè)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(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)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～I(xiàn)N0：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(jìn)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(jìn)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(shí)，所有內(nèi)部寄存器清0;START下跳沿時(shí)，開始進(jìn)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(jī)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(jī)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(shí)鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號由外界提供，因此有時(shí)鐘信號引腳。通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號。

(8)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。EOC=0，正在進(jìn)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(jìn)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)