ADC0809芯片的原理及应用

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)
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/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。

ADC0809对输入模拟量要求：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IN0～IN7（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作，上升沿有效。

通道选择表如下表所示。

[3]
(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：CLOCK（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。

VCC(11脚)为电源输入线，典型的输入电压为+5V 。

GND(13脚)为地线。

+REF V 和-REF V (12、16脚)为参考电压输入线，用于给电阻网络供给标准电
压。

+REF V 常接+5V ，-REF V 常接地或-5V 。

两个参考电压的选择必须满足以下条件：
CC REF REF V V V ≤≤≤+-0
CC REF REF V V V 2
12=+-+ 从输入的模拟电压IN U 转换成数字量的公式为
82⨯--=-
+-REF REF REF IN V V V U N 例如+REF V =+5V ，-REF V =0V ，IN U 转换成数字量的公式为
82⨯=+
REF IN V U N 输入的模拟电压为IN U =2.5V ，则N=128=80H 。

[1]
1.2 ADC0809的主要性能指标
分辨率：8位。

模拟量电压输入范围：0-5V 。

线性误差：±1LSB 。

其中LSB 为数字输出最低位，LSB=|REF V |/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：100µs 。

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，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[2]
ADC0809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START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
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，1=EA 时，访问片内程序存储器，0=EA 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 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
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128µs，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，例如与D0～D2相连。

这时启动A/D转换的指令与上述类似，只不过A的内容不能为任意数，而必须和所选输入通道号IN0～IN7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
MOVX @DPTR， A ；启动A/D转换[5]
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]
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RAM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
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
INT引脚上即可。

电路，只要把图2.2中的EOC引脚经过一非门接到单片机的1
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DPTR
MOV A, #00H
MOVX @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30H
MOVX A, @DPTR
MOV 30H, A
MOV A, #00H ；启动对IN0的转换
MOVX @DPTR,A
RETI
2.2 0809与51单片机的第二种连接方式[6]
ADC0809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。

编程概要：
MOV A , # 0F8H ； ADC0809 通道0 地址送到A
MOV DPTR , # 7FFFH ； DPTR 指向ADC0809
MOVX @DPTR ,A ；锁定通道0 并启动转换
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
MOVX A , @DPTR ；读取转换结果
图2.4
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:
MOV A ， #0F8H ； ADC0809 通道0 地址送到A
MOVX @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0－5V之间的模拟量，通过ADC0809转换成数
V接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
REF
＋5V电压。

[7]
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，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
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。

P3.2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+REF V ＝CC V ，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⨯REF V )，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 31H
DPBUF EQU 33H
GDATA EQU 32H
ST BIT P3.0
OE BIT P3.1
EOC BIT P3.2
ORG 00H
LJMP START
ORG 0BH
LJMP T0X
ORG 30H
START: MOV CH，#0BCH
MOV DPCNT，#00H
MOV R1，#DPCNT
MOV R7，#5
MOV A，#10
MOV R0，#DPBUF
LOP: MOV @R0，A
INC R0
DJNZ R7，LOP
MOV @R0，#00H
INC R0
MOV @R0，#00H
INC R0
MOV @R0，#00H
MOV TMOD，#01H
MOV TH0，#(65536-4000)/256
MOV TL0，#(65536-4000) MOD 256
SETB TR0
SETB ET0
SETB EA
WT: CLR ST
SETB ST
CLR ST
WAIT: JNB EOC，WAIT
SETB OE
MOV GDATA，P0
CLR OE
MOV A，GDATA
MOV B，#100
DIV AB
MOV 33H，A
MOV A，B
MOV B，#10
DIV AB
MOV 34H，A
MOV 35H，B
SJMP WT
T0X: NOP
MOV TH0，#(65536-4000)/256
MOV TL0，#(65536-4000) MOD 256
MOV A，DPCNT
ADD A，#DPBUF
MOV R0，A
MOV A，@R0
MOVC A，@A+DPTR
MOV P1，A
MOV DPTR，#DPBT
MOV A，DPCNT
MOVC A，@A+DPTR
MOV P2，A
INC DPCNT
MOV A，DPCNT
CJNE A，#8，NEXT
MOV DPCNT，#00H
NEXT: RETI
DPCD: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H
DB 6DH，7DH，07H，7FH，6FH，00H
DPBT: DB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H
DB 0EFH，0DFH，0BFH，07FH
END [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
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ADC0809 chip’s principles and applications Department of Electronic 0504 Student Wu Lixing
Tutor Wang Aizhen Abstract: ADC0809 is an 8-bit successive approximation type A / D converter and a typical A / D conversion chip, having a much wider application. This paper mainly introduces the ADC0809 chip's internal logic structure, and pin detailes distribution, its basic working principle. On this basic the design of the two circuit-related applications--ADC0809 connected with the single-chip meeting circuit system and digital voltage meter, both of the feasibility of application of the circuit is discussed. Employing the application circuit of the ADC0809, I raise a more comprehensive application system analysis and design capacity. It plays a great guiding significance to put into practice.
Keywords: ADC0809 ; Analog-to-digital conversion ; SCM。