单片机应用系统在处理输入信号时离不开数据采集，数据采集时的被检测信号有各种类型，如模拟量、频率量、开关量、数字量等。开关量和数字量可由单片机或其扩展接口电路直接得到，模拟量必须靠A/D或V/F实现。本文介绍的“八通道模拟量显示器”以1Hz的速率循环显示八通道输入电压值，也可选择某一通道后（锁定）长期显示。输入的电压范围为0～5V，显示值为0.00～4.99V，精度较高。对软件稍作修改即能用作输出控制量使用。读者通过对八通道模拟量显示器的实际制作调试，可以学会利用单片机进行模拟量采集，进而进行数据处理及输出显示，为设计复杂的工控系统打下基础。
电路概述
电路见图1。主要由AD转换器ADC0809、单片机AT89S51及显示用的数码管等构成。
ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。带8个模拟量输入通道，芯片内带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。C、B、A输入的通道地址在ALE有效时被锁存。启动信号START启动后开始转换，EOC信号在START的下降沿10μs后才变为无效的低电平，这要求查询程序待EOC无效后再开始查询，转换结束后由OE产生信号输出数据。ADC0809的内部结构由两大部分组成：一部分为输入通道，包括8位模拟开关，三条地址线的锁存器和译码器，可以实现8路模拟输入通道的选择；另一部分为一个8位逐次逼近型A/D转换器。图2为ADC0809的引脚排列： IN0～IN7为8个模拟通道输入端，START为启动转换信号，EOC为转换结束信号，OE为输出允许信号，CLOCK为外部时钟脉冲输入端。ADC0809的工作频率范围10kHz～1280kHz，当频率为500kHz时，转换速度为128μs，ALE为地址锁存允许信号，A、B、C为通道地址线，CBA的8种组合状态000～111对应了8个通道选择，VREF（+）、VREF（-）为参考电压输入端，Vcc为+5V电源，GND为接地。
图1中，ADC0809进行模/数转换，而单片机AT89S51则完成将8通道数据转换处理并循环进行显示。ADC0809的启动信号START由单片机片选线P2.7与写信号WR的或非产生，当一条向ADC0809写操作的指令运行后，ADC0809的START脚产生启动脉冲，开始启动ADC0809进行模/数转换。ALE与START相连，即按打入的通道地址接通模拟量输入通道，并启动转换。转换完成后EOC输出高电平。我们可以利用EOC信号通知单片机（查询法或中断法）读入已转换的数据，也可以在启动ADC0809转换后经适当的延时，再读入已转换的数据，允许信号OE由读信号RD与片选线P2.7或非产生。当一条ADC0809的读操作指令运行后，ADC0809的OE脚产生输出允许脉冲，使数据输出。AT89S51的ALE脚输出频率为晶振频率的1/6（1MHz），AT89S51的ALE脚与 ADC0809的CLK脚相连，提供ADC0809的工作时钟。按图1接法，ADC0809的片选地址为7FFFH。输出的数据为：D\(_{out}\)=V\(_{in}\)×255/5=V\(_{in}\)×51 ，其中V\(_{in}\)为输入的模拟电压，D\(_{out}\)为输出数据。
软件设计思路及方案
图1电路可用3种方式完成模拟量采集及显示，即延时等待方式、查询方式和中断方式。下面针对延时等待方式进行解析，其他两种方式的完整程序放在本期配刊光盘内。应注意的是，查询方式与中断方式需利用单片机的P3.1（/INT1），因此需将J1插入插座，连通或非门NOR3的输出端与/INT1，读者可自行分析。
编程思路为：（1）向ADC0809写入通道号并启动转换。（2）延时200μs待ADC0809转换完毕。（3）从ADC0809读取采集到的数据并存入数组。另外为了显示，还需使用定时器T0对4位数码管进行定时扫描刷新。T0的定时长度为2ms，即每2ms扫描点亮一位数码管。数码管的最左位显示通道号，右三位显示该通道的电压值。按动按键SB时，位标志flag取反。当flag为0时，使8个通道的电压以1Hz的速率循环显示。当flag为1时，锁定当前通道进行显示，同时通道号的小数点亮作锁定指示。在图1中，参考电压输入端VREF（+）接+5V、VREF（-）接地，因此在作显示时需对采集的数据进行处理。举例说，当输入模拟量为5V时，输出满度值数据FFH（十进制255）。这个数据乘2后为510，用于显示则数值偏大。因此采用再乘98%的处理方法，这样得到的值为499，将百位数码管的小数点点亮后显示为4.99V，使显示值与输入值基本吻合。
图3为主程序状态流程，读取数据时没有利用EOC信号，而是经过一定的延时（200μs），待ADC0809转换完毕后再读取。
本实例的源程序及程序详解见本期配刊光盘。
文/周兴华