KC-104模数数字转换模块：高效实现C51单片机入门

1.功能描述

KC-104单片机（AD/DA）模数/数模转换模块，它包括了常用的（AD）模数转换芯片和（DA）数模转换芯片及相关外围电路，所有信号线端口外延，方便用户扩展。KC-104AD/DA转换模块如图11-27所示。

2.硬件资源描述

1）ADC0809——8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

图11-27 KC-104（AD/DA）模数/数模转换模块

2）ADC0832——美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，体积小、兼容性和性价比高。

3）DAC0832——8分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

4）CD4024——7位二进制串行计数器为ADC0809提供不同等级的振荡频率，即起到分频工作。

3.硬件接口描述

J1：ADC0809芯片的8位数字信号输出端。

J2：ADC0809芯片的ALE、ADD—A、ADD—B、ADD—C。

J3：ALE为CD4024的1脚；EOC为ADC0809芯片的7脚；START为ADC0809芯片的6脚；OUT—EN为ADC0809芯片的9脚。

J4：ADC0832的SPI总线接口，分别有CLK、DO、DI、CS。

J5：DAC0832的8位数字信号输入端。

J6：DAC0832的部分针脚。

J7：LM358的运放输出端，DA0832的模拟信号输出端经过LM358运放进行电流放大再输出。

J8：LM358集成了两个运算放大器，一路已经与DAC0832相连，另一路运放资源供用户使用，J8为供用户使用的运放输出和输出端。

J9：LM358运放供电选择跳线：可以选择板上VCC 5V为运放供电电压，也可以选择“EXT”外部电源提供给运放芯片，运放的供电电压不同，数模采样转换结果不同，量化程度也会有所不同，具体电压参数关系请看DAC0832厂家数据手册。

J11：模块VCC电源端。

J12：模块GND地端。

JP1：ADC0809的8路模拟信号输入端（IN0～IN7），双排排针，靠PCB板外侧为GND，右边为信号输入端。

JP2：PCB板外侧排针为ADC0809的CLOCK时钟输入端，分别与Q1～Q7端用短路帽连接，以便获得不同的分频值，作为ADC0809的时钟信号。

4.电路原理与元器件

电路原理和元器件分布如图11-28所示。

图11-28 电路原理与元器件分布

a）电路原理

图11-28 （续）

b）元器件分布

5.模块相关背景知识

（1）ADC0809介绍

ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模-数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

1）主要特性

① 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

② 具有转换启停控制端。

③ 转换时间为100μs。

④ 单个+5V电源供电。

⑤ 模拟输入电压范围为0～+5V，不需要零点和满刻度校准。

⑥ 工作温度范围为-40～+85℃。

⑦ 低功耗，约为15mW。

2）内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图11-29所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近。

3）外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图11-30所示。下面说明各引脚功能。

① IN0～IN7：8路模拟量输入端。

② 2-1～2-8：8位数字量输出端。

③ ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

④ ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

⑤ START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

⑥ EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

⑦ OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

⑧ CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640kHz。

⑨ REF（+）、REF（-）：基准电压。

⑩ Vcc：电源，单一+5V。

⑪ GND：地。

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。(www.xing528.com)

图11-29 ADC0809内部结构

图11-30 ADC0809芯片

（2）DAC0832介绍

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

1）DAC0832的主要特性：

① 分辨率为8位。

② 电流稳定时间1μs。

③ 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入。

④ 只需在满量程下调整其线性度。

⑤ 单一电源供电（+5～+15V）。

⑥ 低功耗，200mW。

2）DAC0832结构

① D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）。

② ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。

③ CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效。

④ WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存。

⑤ XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

⑥ WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

⑦ IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化。

⑧ IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数。

⑨ Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度。

⑩ Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5～+15V。

⑪ VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10～+10V。

⑫ AGND：模拟信号地。

⑬ DGND：数字信号地。

（3）DAC0832的工作方式

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC 0832如图11-31所示。

（4）LM358运放介绍

模块板上的DAC0832模数转换后，由于输出电流较小，我们在其输出端接了LM358运放进行放大。

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式，如图11-32所示。

图11-31 DAC 0832芯片

特性（Features）：

① 内部频率补偿

② 直流电压增益高（约100dB）

③ 单位增益频带宽（约1MHz）

④ 电源电压范围宽：单电源（3～30V）

双电源（±1.5～±15V）

① 低功耗电流，适合于电池供电

② 低输入偏流

③ 低输入失调电压和失调电流

④ 共模输入电压范围宽，包括接地

⑤ 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

图11-32 LM358运放外观

⑥输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）

关于ADC0832芯片介绍请看本书前面部分内容。

（5）C语言实例程序

功能：ADC0832模数转换实验，通过数码管实时显示ADC0832某一路输出端的电压值。