單片機(jī)是一種數(shù)字器件，只能處理數(shù)字量，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，常用于電流、電壓、溫度、濕度和壓力等信號(hào)的監(jiān)測(cè)或處理。而這些信號(hào)都是連續(xù)變化的模擬量，被單片機(jī)處理之前必須轉(zhuǎn)成數(shù)字量，而單片機(jī)處理后得到的數(shù)字量也要根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量。

模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換被稱(chēng)為模-數(shù)轉(zhuǎn)換，或簡(jiǎn)稱(chēng)A-D轉(zhuǎn)換(Analog to Digital Convertion)，實(shí)現(xiàn)A-D轉(zhuǎn)換的電路被稱(chēng)為A-D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為ADC(Analog to Digital Converter)。類(lèi)似地，數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換被稱(chēng)為數(shù)-模轉(zhuǎn)換，或簡(jiǎn)稱(chēng)D-A轉(zhuǎn)換(Digital to Analog Convertion)，實(shí)現(xiàn)D-A轉(zhuǎn)換的電路被稱(chēng)為D-A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為DAC(Digital to Analog Converter)。

圖5-41為一個(gè)典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，其中：①傳感器可將溫度、濕度和壓力等非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);②信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波等處理;③功率放大環(huán)節(jié)將D-A轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)能力的要求;④顯示器和鍵盤(pán)屬于人機(jī)交互環(huán)節(jié)，可向用戶(hù)反饋系統(tǒng)工作狀態(tài)信息或接收用戶(hù)的指令;⑤開(kāi)關(guān)量控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如繼電器等)可以被單片機(jī)的數(shù)字量控制。

圖5-41單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。僅在單片機(jī)初學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)。

ADC0809是一種8位的逐次逼近式A-D轉(zhuǎn)換器，其引腳和功能結(jié)構(gòu)如圖5-52所示。

ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。

圖5-52 ADC0809的功能結(jié)構(gòu)和引腳

a)功能結(jié)構(gòu)圖b)引腳圖

1.ADC0809的功能結(jié)構(gòu)

ADC0809內(nèi)部由8路模擬量開(kāi)關(guān)、8位A-D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成(如圖5-52a所示)，可以將由IN7~IN0輸入的8路(通道)模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量并由D7~D0引腳輸出。

因?yàn)?路模擬量輸入共用一個(gè)8位A-D轉(zhuǎn)換器和一組數(shù)字量輸出引腳，所以必須利用8路模擬量開(kāi)關(guān)進(jìn)行模擬量通道選擇，以實(shí)現(xiàn)多通道的分時(shí)轉(zhuǎn)換。被選中的模擬輸入通道由3位地址信號(hào)ADDA、ADDB和ADDC的值確定，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表5-14。

2.ADC0809的引腳

ADC0809的28根引腳(見(jiàn)圖5-52b)根據(jù)功能可以分為模擬量輸入引腳、數(shù)字量輸出引腳、電源引腳和A-D轉(zhuǎn)換相關(guān)引腳。

(1)模擬量輸入引腳

8路模擬量信號(hào)輸入引腳IN7~IN0，輸入0~+5V的電壓信號(hào)。

(2)數(shù)字量輸出引腳

8位數(shù)字量輸出引腳D7~D0，擴(kuò)展時(shí)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，其中D7是最高位(MSB)，D0是最低位(LSB)。

(3)電源引腳

VCC是電源引腳，單電源供電，電壓為+5V。GND為接地引腳。

(4)A-D轉(zhuǎn)換相關(guān)引腳

1)地址引腳ADDC、ADDB和ADDA，用于模擬輸入通道的選擇，見(jiàn)表5-14。

2)ALE引腳，地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。該引腳出現(xiàn)上升沿時(shí)，引腳ADDC、ADDB和ADDA上的地址信號(hào)被鎖存和譯碼，以確定被轉(zhuǎn)換的輸入通道。

3)START引腳，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖。該引腳出現(xiàn)上升沿時(shí)，ADC0809內(nèi)部的寄存器復(fù)位(清0);該引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換。另外，如果轉(zhuǎn)換過(guò)程中START引腳出現(xiàn)了新的啟動(dòng)脈沖，則當(dāng)前的轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束，并開(kāi)始新的轉(zhuǎn)換。

4)EOC引腳，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，該引腳為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后該引腳輸出高電平。可以通過(guò)該引腳的狀態(tài)，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束;還可以利用轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)該引腳出現(xiàn)的上升沿作中斷請(qǐng)求信號(hào)，通過(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)換。

5)CLK引腳，時(shí)鐘脈沖輸入。CLK引腳輸入時(shí)鐘脈沖的典型頻率為640kHz，其允許頻率范圍為10~1280kHz。

6)VREF(+)和VREF(?)引腳，為參考電壓輸入引腳，VREF(+)接+5V，VREF(?)接地。