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 （17）精品文档9欢在下载ADC0809芯片的原

2、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一一ADC0809I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数字信号，以便计算机等数字系统进行处 理、

3、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寸间长，限制了应用。8位A/D转 换器ADC080骅为典型的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CMO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/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

4、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。11.1 ADC0809引脚结构ADC0809引脚图如图1.1所示。T1IM3LNZLN”Z1TN5INOIN6ASTCEOCAT.EIOD7OELiftULK45VCX"!TMVREF+ DO GZD VFLEF- I>1DE282273264上昌52d6237228P上门1019111811171 31石1415图1.1 0809引脚图ADC0809寸输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0 5V,若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转

5、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值，并在A/D转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。2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

6、存，经译码器控制八路模拟开关通路工 作，上升沿有效。通道选择表如下表所示。3CBA选择的通道CBA选择的通道000IN0100IN4001IN1101IN5010IN2110IN6011IN3111IN7（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ADC0809T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。A

7、DC080戢到此信号时，其三态输出端 与CPLB据总线接通，后者可将数据取走。（4）电源线及其它共5条：CLOCK 10 W）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。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 VREFVREF2VccVrefV REF2从输入的模拟电压U IN转换成数字量的公式为N U IN VrefV ref V ref例如Vr

8、ef =+5V, Vref =0V, U田转换成数字量的公式为N.28Vref输入的模拟电压为Uin=2.5V, WJ N=128=80H 11.2 ADC0809的主要性能指标分辨率：8位。模拟量电压输入范围：0-5V o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至ij 1.2MHz 一月殳为640kHz。转换时间：100的。功耗：15mW1.3 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

9、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 CP眼据总线接口。1wIK1IN2QJ3恨占HT7ABCALE图1.2 ADC0809内部逻辑结构图3 路 模 拟开 关三态输出锁存器路Q 1日根转换器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丁开三态门，读 出8位的转换结果

10、；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，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，ADC0809t 会将转换结果送到数据总线上。1.4 ADC0809 的时序 2ADC0809勺时序图如图1.3所示。从时序图可以看出 ADC0809勺启动信号START是脉冲信号，也即此芯片是靠脉冲启动

11、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STARTS来后，ADC080刚开始进行转换。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。STARTE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EOCtt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 EOCB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ADC0

12、809tt MCS-51单片机的接口电路主要涉及两个问题：一是8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勺问题。由于MCS-5俾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CPUffi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

13、地址，而把P0 口作为数据线使用。以P2 口的口线作 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，EA 1时，访问片内程序存储器，EA 0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PSEN

14、信号作为扩展程序存储器的读选通信号用来接外扩 EPROMB OE引脚。总的来说，单片机控制ADC0809勺工作过程是：首先用指令选择0809的一 个模拟输入通道，当执行 MOVX DPTRA时，单片机的WR信号有效，因此产 生一个启动信号，给STARTS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言号，即通过检查EO/唧的电平即 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,单片机发出读控制信号RD, OE端为高电平，允许输出，把转换

15、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寸，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EOCS。启动A/D转换后，执行别的程 序，同时对EOCSI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ADCt,单片机执行 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ADC 3还可采用定时传送方式进行数据的传送。因为对于一

16、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专换时间为128巧，相当于6MHz勺MCS-5俾片机的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勺三个地址端A B、C可如前所述与地址线相连，也可与数据线相连，例如与DO-D2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

17、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D。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=11 选择 IN7 通道 MOVX DPTRA ;启动 A/D 转换 5模数转换器定位为单片机的外部 RAMI元,因此与单片机的连接就有很多 种。大体上说ADC0809fc整个单片机系统中是作为外部 RAM勺一个单元定位的。 具体到某一个连接方式，定位又有区别。0809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

18、据线、地址线对地址线的标准连接方式，如图 2.2所示。 由于ADC080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。389C51图2.2R£FCLK叱ADC0809C叫D7叩START 11%ALEOEEOC由于ADC0809ft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 G R A分别与地址总线的低3位A2、A1、A0相连，以 选通INO-IN7中的一个通路

19、。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勺地址锁存和转换启 动，由于ALE信号与START1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。地批锹不 工ALE 启动STARTX留存番港口口图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勺转换结果寄 存器在概念上定位为单片机外部 RAMI元的一个只读寄存器，与通道号无关。 因此读取转换

20、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 0MOVX DPTRA ;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EOC发出一个信号向单片1的中断服务程序读 A/D1采用跳沿触发方式。程序如下：INT1: SETB INT1SETB EASETB EX1MOV DPTR, #7FF8HMOV A, #00HMOVX DPTR, A 中断服务程序：;外部中断1初始化编程；CPU开中断;选择外中断为跳沿触发

21、方式;端口地址送DPTR;启动0809对IN0通道转换;完成其他工作电路，只要把图2.2中的EOCSI脚经过一非门接到单片机的INT1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, 机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断 转换结果，并启动ADC0809勺下一次转换，外部中断PINT1: MOV DPTR, #7FF8H ;读取 A/D 结果送内部 RAMI元 30HMOVX A, DPTRMOV 30H, AMOV A, #00H;启动对IN0的转换MOVX DPTR,A RETI2.2 0809与51单片机的第二种连接方式6ADC0809勺数据线有一特点：只能出不能进

22、。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勺8位数据线的同 时，又把其中的3位直接接到ADC0809勺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精品文档编程概要：MOV A , # 0F8HMOV DPTR , # 7FFFHMOVX DPTR ,A ?MOVX A , DPTRADC0809通道0地址送到ADPTR 指向 ADC0809锁定通道0并启动转换P3.6/WRP2.7/AL

23、5F占仃而P3.2/iimPO. O/DDPI3. 1/D1P0. 2/12PO. 3/D3FO.4/D4PO. E/D5PO. 6/D6FO. T/D7图2.4N0NIN2N3N4N5N6N7 IIII1111Q12 国 qB6T DDDDDDDDo 1 2 AAA读取转换结果2.3 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一个用行口和4个8位并行口等，已经够用。从而 不需要外扩 RAME I/O 口。当51单片机没有外扩 RA防口 I/O 口时，ADC0809t 可以在概念上作为一个特殊

24、的唯一的外扩 RAMI元。因此也就没有地址编号, 也就不需要任何地址线或者地址译码线。只要单片机往外部RAM!入，就写到ADC0809勺地址寄存器中。单片机从外部 RAM实取数据，就是读ADC0809勺转 换结果。基于这种外部 RAM勺唯一单元卞S念设计的 AT89S51与ADC0809勺连接 电路如图2.5所示。编程概要：10欠0迎下载精品文档MOV A, #0F8H;ADC0809通道0地址送到AMOVX R 0 A;锁定通道0并启动转换MOVX A, R0;读取转换结果PC.C/DO PO.1/D1 PO.2/D2 FC.3/D3 POMuq PCI.5/D6 FO.6/DG PO.7/

25、DTP3,”福P3. 7/IDF3.2/INTO图2.5q-T413MDDIN0D1IN1D2IN2D3IN3D4IN406IN5D6IN6D7IN7加A2UESTART心EOCADC0909ADC0809t 单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RA防口I/O接口时，第三种接口电路是优选方案。用 2片或者更多ADC0809寸，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03 ADC0809与单片机制作的数字电压表从ADC0809勺通道IN3输入05V之间的模

26、拟量，通过 ADC0809专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。ADC0809WReF接 + 5V 电压。7II£ 3W K 工 £ 犀£ Eg AID,> AIDE AIPCfcENABLE T 51m 丁 当拿RsmTD SXJZaSD SM 号 a/Tlrm W R-INT1 PH/TD S5/HBm S7/RD XWCU KTAL1 i目 se PC 一 gu s* w P0号 PP7ALE/PRDG PA且P2.7 W E B3 PS Su P莒Kr门 556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

27、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，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进彳T 412攵'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。QIVDDQIQ2ALECPIQ2RD1CP2DIRdzS wD2VSS$ D2CD4013图3.2 CD4013 引脚图硬件连线是：把单片机系统区域中的P1.0P1.7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。P2.0P2.7

28、与动态数码显示区 域中的S1S8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。P3.2与 模数转换模块区域中的EOCS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D0D7端上。因为ADC0809勺参考电压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/256 Vref),其中D为转换成的数字量。网程序设计时注意，进行 A/D转换时，采用查询EOCB志信号来检测A/D转 换

29、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=110S择第三通道。ST=Q st=i, 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 31H DPBUF EQU 33HGDATA EQU 32HST BIT P3.0OE BIT P3.1EOC BIT P3.2ORG 00HLJMP STARTORG 0BHLJMP T0XORG 30HSTART: MOV C，H#0BCHMOV DPCN， T#00HMOV R，1 #DPCNTMOV R，7 #5MOV A， #10MO

30、V R，0 #DPBUFLOP: MOV R， 0AINC R0DJNZ R7， LOPMOV R， 0#00HINC R0MOV R， 0#00HINC R0MOV R， 0#00HMOV TMO， D#01HMOV TH，0 #(65536-4000)/256MOV TL，0 #(65536-4000) MOD 256SETB TR0SETB ET0SETB EAWT: CLR STSETB STCLR STWAIT: JNB EOC， WAITSETB OEMOV GDAT， AP0CLR OEMOV A， GDATAMOV B， #100DIV ABMOV 33H， AMOV A， B

31、MOV B， #10DIV ABMOV 34H， AMOV 35H， BSJMP WTT0X: NOPMOV TH，0 #(65536-4000)/256MOV TL，0 #(65536-4000) MOD 256MOV A， DPCNTADD A， #DPBUFMOV R，0 AMOV A， R0MOVC ，A A+DPTRMOV P，1 AMOV DPT，R#DPBTMOV A， DPCNTMOVC ，A A+DPTRMOV P，2 AINC DPCNTMOV A， DPCNTCJNE A， #8， NEXTMOV DPCN， T#00HNEXT: RETIDPCD: DB 3FH， 06

32、H， 5BH， 4FH， 66HDB 6DH， 7DH， 07H， 7FH， 6FH， 00HDPBT: DB 0FEH， 0FDH， 0FBH， 0F7H DB 0EFH， 0DFH， 0BFH， 07FH END9结束语ADC0809乍为逐次比较型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ADC08095片的性能指标来选

33、择合适的应用电路。ADC080郁口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ADC080弼模数转换应用举隅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莫