CD4051--单端、双向8路模拟开关
INH
C
0 0 0 0 1 1 1 1 ×
B
0 0 1 1 0 0 1 1 ×
A
0 1 0 1 0 1 0 1 ×
0 0 0 0 0 0 0 0 1
选中通道 号 0 1 2 3 4 5 6 7 无
VDD为正电源，VEE为负电源， VSS为地，要求VDD+|VEE|≤18V。
（2）8位A/D转换器的程序设计
A/D转换器与单片机的硬件接口有3种方式：查询方式、延时方式和 中断方式。 查询方式：首先由CPU向A/D转换器发出启动脉冲，然后读取转换 结束信号（如ADC0809的EOC），根据转换结束信号的状态，判断A/D 转换是否结束，如果结束，可以读取A/D转换结果，否则继续查询，直 至A/D转换结束。 采用查询方式时，转换结束引脚通常连接到数据线或I/O口线上。 这种方法程序设计比较简单，且可靠性高，但实时性差。但由于 大多数控制系统对于这点时间都是允许的，所以，这种方法用得最多。
对于内部不包含读数据控制逻辑电路的A／D转换器，应增设三态门 对转换后数据进行锁存，以便控制10位以上的数据分两次进行读取。
2．A/D转换器的启动方式
任何一个A／D转换器都必须在外部启动信号的作用下才能开始工作， 启动方式分脉冲启动和电平控制启动两种。 脉冲启动转换只需给A／D转换器的启动控制转换的输入引脚上， 加一个符合要求的脉冲信号即可，如ADC0809、ADC80、ADC1210等均 属此列。 电平控制转换的A／D转换器，当把符合要求的电平加到控制转换输 入引脚上时，立即开始转换，而且此电平应保持在转换的全过程中，否则 将会中止转换的进行。因此，该电平一般需由D触发器锁存供给，例如， AD570、AD571、AD574等均是如此。
对于较小的电压信号:
需要经过模拟量输入通道中的放大器放大后，变换成标 准电压信号（如0~5V，1~5V，0~10V，-5~+5V等），再 经滤波后才能送入A/D转换器。 而对于电流信号:
应该通过I/V（电流/电压）变换电路，将电流信号转 换成标准电压信号，再经滤波后送入A/D转换器。 无源I/V（电流/电压）变换电路 有源I/V（电流/电压）变换电路
ADC0808/ADC0809与80C51单片机的接口程序设计。
图2-38所示为ADC0808/ADC0809与80C51单片机的硬件接口的查询 方式连接图。
图2-38中，ADC0808/0809的时钟是利用80C51提供的地址锁存 允许信号ALE经D触发器二分频后获得。如果单片机时钟频率采用 6MHz，则ALE引脚的输出频率为1MHz，再二分频后为500kHz，符 合ADC0808/0809对时钟频率的要求。 由于ADC0808/0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引 脚直接与数据总线相连。 地址选通输入端A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2 相连，以选通IN0~IN7中的一个通道。将P2.7作为片选信号，在启动 A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和转换启 动。 由于ALE和START连在一起，因此ADC0808/0809在锁存通道地址 的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7引脚 经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。
tAC=CH/40
式中，CH为保持电容的容量，单位为μF；tAC为采样时间，单位为s。
2.2.2 A/D转换器接口逻辑设计要点
A/D转换器的作用就是把模拟量转换为数字量，是模拟量输入通道必 不可少的器件。常用的A／D转换器从转换原理上可分为逐次逼近型、计数 比较型和双积分型。从分辨率上可分为8位、12位、16位等；
1．8位A/D转换器与微机的接口设计 （1）8位A/D转换器 8通道A/D转换器ADC0808/ADC0809。
NATIONAL公司生产的ADC0808/0809是8位逐次逼近型A/D转换
器，其分辨率是8位，两种芯片的外特性完全一样，采用28引脚双列直 插式封装，不必进行零点和满度调整，功耗为15mW。但两者的转换 精度不同，ADC0808的最大不可调误差小于±1/2LSB，ADC0809的
延时方式：向A/D发出启动脉冲后，先进行软件延时，此延时时 间取决于A/D转换器完成A/D转换所需要的时间（如ADC0809约为 100μs），经过延时后可读取数据。采用延时方式时，转换结束引脚 悬空。 在这种方式中，为了确保转换完成，必须把时间适当延长， 因此，其速度比查询方式还慢，故应用较少。
LF398引脚排列图
• V+、V-：正负电源电压输入引脚，输
入范围为±5V到±18V。 • OFFSET ADJ：偏置调整引脚。可用 外接电阻调整采样-保持器的偏差。 • VIN：输入引脚。 • VOUT：输出引脚。 • CH：保持电容引脚。用来外接保持电 容。 • LOGIC REF：参考逻辑电平。 • LOGIC：输入控制逻辑。
…
ADDC, ADDB, ADDA=111 选择 IN7
•
ALE：地址锁存允许信号 有效时锁存ADDC~ADDA的通道选择信号
•
START：A/D转换启动信号
•
• •
高电平时使内部的逐次逼近寄存器清0
由高→低时开始转换
，并开始A/D转换START常与ALE短接，以便同时锁存通
道选择信号
•
START和ALE的信号宽度不小于100μs
3．转换结束信号的处理方式
当A／D转换结束时，A／D转换器芯片内部的转换结束触 发器置位，并输出转换结束标志电平，以通知主机读取转换结 果的数字量。 主机判断A／D转换结束的方法有3种：即中断、查询和延 时方式。这3种方式的选择往往取决于A／D转换器的速度和应 用系统总体设计要求以及程序的安排。
4．时钟信号的连接
（2）常用的采样/保持器
常用的采样/保持器集成电路有AD582、AD583、AD585、AD346、 THS-0025、LF198/298/398等。下面以LF398为例，介绍集成电路S/H的 工作原理，其他的S/H的原理与其大致相同。 LF398是一种反馈型采样/保持器，也是较为通用的采样/保持器，与 LF398结构相同的还有LF198、LF298等，都是由场效应管构成，具有采 样速率高，保持电压慢和精度高等优点。其采样时间小于10μs，输入阻抗 为1010，保持电容为1μF时，其下降速度为5mV/min。双电源供电，电源 范围宽，可以从±5V到±18V，并可与TTL、PMOS和CMOS兼容。
LF398典型的电源和信号的接法
CH的数值直接影响采样时间及保持精 度，为了提高精度，就需要增加保持电 容CH的容量，但CH增大时又会使其采 样时间加长。 因此，当精度要求不高（±1%）而速 度要求较高时， CH可小至100Pf。当精 度要求高（±0.01%）时，应取CH =1000pF。当CH ≥400pF时，采样时间 tAC与CH有经验公式
最大不可调误差小于±1LSB。
ADC0809的内部结构图
CLOCK
1N0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
START EOC 8位 三态 锁存 缓冲器
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
定时和控制 通道 选择 开关
比较器
逐次逼近 寄存器SAR
ADDA ADDB ADDC ALE
中断方式：CPU启动A/D转换后即可转而处理其他的程序，一旦 A/D转换结束，则由A/D转换器发出一转换结束信号向CPU申请中断， CPU响应中断后，便读入数据。
采用中断方式时，转换结束信号通常与计算机的外部中断引脚连 接（如80C51的 INT0 或 INT ）。 1
在中断方式中，CPU与A/D转换器是并行工作的，因此，其工作 效率高。在多回路数据采集系统中一般采用中断方式。
A／D转换器的频率是决定其转换速度的基准。整个A ／D转换过程都是在时钟作用下完成的。 A／D转换时钟的提供方法有两种: 一种是由芯片内部提供，如AD574A； 另一种是由外部时钟提供。外部时钟少数由单独的振 荡器提供，更多的则是由CPU经时钟分频后，送至A/D转 换器的时钟端。
2.2.3 典型A／D转换器与微机的接口设计
第2章 过程输入输出通道
2.1 信号的采样与恢复 2.2 模拟量输入通道 2.3 模拟量输出通道 2.4 数字量输入输出通道
计算机控制系统的基本组成
2.2 模拟量输入通道
2.2.1 模拟量输入通道的一般组成
2.2.2 模拟量输入通道
2.2.3 典型A／D转换器与微机的接口设计
2.2.1 模拟量输入通道的一般组成
两个CD4051扩展成16通道的多路模拟开关
16通道的多路模拟开关真值表：
输入状态 A3 0 0 0 0 0 0 A2 0 0 0 0 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 A0 0 1 0 1 0 1 选中通道号 0 1 2 3 4 5
0
0 1 1 1 1 1 1 1
1
1 0 0 0 0 1 1 1
地址锁存 和译码
DAC
OE ADC0809
Vcc
GND VREF(&绍如下
•
CLK：时钟输入信号，由于 ADC0808/0809 芯片内无时钟， 所以必须靠外部提供时钟，外部时钟的频率范围为
10K~1280KHz。
• •
IN7~IN0：8路模拟量输入 ADDC, ADDB, ADDA：模拟通道选择信号: ADDC, ADDB, ADDA=000 选择 IN0 ADDC, ADDB, ADDA=001 选择 IN1
1．数字量输出信号的连接
A/D转换器数字量输出引脚和8位单片微型计算机的连接方法与其内 部结构有关。 如果转换器的数据输出寄存器具有三态锁存功能，则A／D转换器的 数字量输出引脚可直接接到CPU的数据总线上，转换结束，CPU可以直 接读入数据。