什么是单片机的A／D 转换器接口

由于单片机只能处理数字量，因而应用系统中凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，这就需要解决单片机与 A/D 和 D/A 的接口问题。

目前 A/D、D/A 转换器都已集成化，具有体积小、功能强、可靠性高、误差小、功耗低等特点，并能很方便地与单片机连接。

A/D 转换器接口

1.概述

A/D 转换器用以实现模拟量向数字量的转换。按转换原理可分为 4 种：计数式 、双积 分式、逐次逼近式以及并行式 A/D 转换器。

逐次逼近式 A/D 转换器是一种速度较快，精度较高的转换器，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。常用的这种芯片有：

(1) ADC0801~ADC0805 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器;

(2) ADC0808/0809 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器;

(3) ADC0816/0817 型 8 位 MOS 型 A/D 转换器。

量化间隔和量化误差是 A/D 转换器的主要技术指标之一。

量化间隔由下式计算：

其中 n 为 A/D 转换器的位数。

量化误差有两种表示方法：一种是绝对量化误差;另一种是相对量化误差。

绝对量化误差

相对量化误差

2.典型 A/D 转换器芯片 ADC0809 简介

ADC0809 是 8 位逐次逼近式 A/D 转换器。带 8 个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方 式，最大可调误差为 ±1LSB 。 ADC0809 内部设有时钟电路，故 CLK 时钟需由外部输入，fclk 允许范围为 500kHz~ 1 MHz，典型值为 640kHz 。每一通道的转换需 66~73 个时钟脉冲，大约 100~110 μs 。

ADC0809 的内部结构图见图 7.32，芯片引脚如图 7.33 所示。

图 7.33 ADC0809 引脚图

引脚功能介绍如下：

IN0 ~IN7 ：8 路输入通道的模拟量输入端口。

2-1 ~2-8 ：8 位数字量输出端口。

STAR，ALE：STAR 为启动控制输入端口，ALE 为地址锁存控制信号端口。这两个信号连在一起，当输入一个正脉冲时，便立即启动模/数转换。

EOC，OE：EOC 为转换结束信号脉冲输出端口，OE 为输出允许控制端口。这两个信号亦可连在一起表示 A/D 转换结束。OE 端的电平由低变高，打开三态输 出锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线上。

REF(+)， REF(-)， VCC ，GND：REF(+) 和 REF(-) 为参考电压输入端，VCC 为主 电源输入端，GND 为接地端。

CLK：时钟输入端。

ADD A 、B、C：8 路模拟开关的 3 位地址选通输入端，其对应关系如表 7.9 所示。

ADC0809 时序图如图 7.34 所示。其中，

tWS ：最小启动脉宽，典型值为 100ns，最大为 200ns 。

tWE ：最小 ALE 脉宽，典型值为 100ns，最大为 200ns 。

tD ：模拟开关延时，典型值为 1 μs，最大为 2.5 μs 。

tC ：转换时间 ，当 fclk=640kHz 时，典型值为 100 μs，最大为 116 μs 。 

tEOC：转换结束延时，最大为 8 个时钟周期加 2 μs。

图 7.34 ADC0809 时序图

3.ADC0809 与 8031 的接口电路

ADC0809 与 8031 的硬件接口有三种方式：查询方式、中断方式和等待延时。下面介绍最常用的查询与中断方式。

1) 查询方式

ADC0809 与 8031 的硬件接口如图 7.35 所示。

在编程时，令 P2.7=A15=0 ，A0 A1 A2 给 出被选择的模拟通道的地址;执行一条输 出 指令，启动 A/D 转换;执行一条输入指令，读取 A/D 转换结果。

下面的程序是采用查询方法，分别对 8 路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存到数据存储区的采样转换程序。

2) 中断方式

ADC0809 与 8031 的硬件接口如图 7.36 所示。

图 7.36 ADC0809 中断方式硬件接口

这里将 ADC0809 作为一个外部扩展的并行 I/O 口，直接由 8031 的 P2.0 和 WR脉冲 进行启动。因而其端口地址为 0FEFFH。用中断方式读取转换结果的数字量，模拟量输入通道选择端 ADD A 、ADDB、ADDC 分别与 8031 的 P0.0 、P0.1 、P0.2 直接相连，CLK 由 8031 的 ALE 提供。其读取通道 0 转换后的数字量程序段如下：