第3章 CAT系統(tǒng)接口

1、NUAA 506CAT系統(tǒng)接口系統(tǒng)接口NUAA 506接口的定義與功能接口的定義與功能定義： CAT系統(tǒng)接口是指那些將外部設(shè)備或功能模塊與計(jì)算機(jī)聯(lián)接在一起的裝置，它是CPU與外界進(jìn)行信系交換的中轉(zhuǎn)站。包括模擬接口和數(shù)字接口。接口的功能1數(shù)據(jù)緩沖功能2接收和執(zhí)行CPU命令的功能3. 信號(hào)轉(zhuǎn)換功能4設(shè)備選擇功能 5中斷管理功能 6數(shù)據(jù)寬度變換的功能 7可編程功能NUAA 506計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)為核心的CATCAT系統(tǒng)系統(tǒng)模擬量模擬量輸入通道電信號(hào)數(shù)字輸入通道數(shù)字量傳感器、放大濾波、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換以及接口電路等 很多被測(cè)量位移、速度、加速度等計(jì)算機(jī)以數(shù)字信號(hào)形式傳遞和處理NUAA 506模

2、擬信號(hào)檢測(cè)及輸出模擬信號(hào)檢測(cè)及輸出NUAA 506（1）作為測(cè)控系統(tǒng)，模擬量輸入通道要對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要的原始參量信號(hào)作為測(cè)控的依據(jù)。因此，必須將傳感器輸出的次級(jí)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿足計(jì)算機(jī)要求的TTL邏輯電平。（2）由于傳感器常常是模擬信號(hào)輸出，且輸出信號(hào)比較微弱，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)要求的電平時(shí)，要經(jīng)過(guò)一定量的放大。這部分內(nèi)容要運(yùn)用一些模擬電路技術(shù)。因此，模擬量輸入通道常常是一個(gè)模擬、數(shù)字等的混雜電路，是傳感器集成化和微機(jī)功能集成的邊界區(qū)域。這部分的電路處理技術(shù)有一定難度。（3）模擬量輸入通道靠近現(xiàn)場(chǎng)，易受干擾。由于傳感器輸出信號(hào)一般都比較微弱，常常需要構(gòu)成一個(gè)增益系統(tǒng)，這也是微機(jī)控制系統(tǒng)中最重要的一個(gè)

3、干擾進(jìn)入渠道。因此，模擬量輸入通道的抗干擾設(shè)計(jì)是一個(gè)重要內(nèi)容。模擬量輸入通道的特點(diǎn)模擬量輸入通道的特點(diǎn)NUAA 506輸入通道的接口技術(shù)輸入通道的接口技術(shù) 在微機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中，各種被測(cè)信號(hào)如開(kāi)關(guān)狀態(tài)、溫度、壓力等要經(jīng)過(guò)一定的通道接到微機(jī)總線，這一通道稱為輸入通道或前向通道，也稱為傳感器接口。輸入通道是被測(cè)信號(hào)與微機(jī)的連接環(huán)節(jié)，是檢測(cè)和控制系統(tǒng)的重要組成部分。信號(hào)調(diào)理NUAA 506信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路1. 前置放大器msff2采樣定理：2. 抗混疊低通濾波器否則采樣信號(hào)的頻譜將產(chǎn)生頻譜重疊現(xiàn)象，需抗混疊低通濾波器濾除高于 的高頻分量。采樣頻率通常取mfmsff)53(NUAA 506多

4、路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān) 一般情況下，對(duì)于多點(diǎn)巡回檢測(cè)系統(tǒng)、多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，多路模擬信號(hào)共用一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器。由于系統(tǒng)中只有一臺(tái)微機(jī)，微機(jī)只能分時(shí)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采樣。為了滿足分時(shí)傳送，系統(tǒng)須配置多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)的選擇由微機(jī)控制。 對(duì)多點(diǎn)巡回檢測(cè)系統(tǒng)，各路傳感器輸出的電平可能會(huì)有較大的差異，一般在AD轉(zhuǎn)換前都要經(jīng)過(guò)放大，然后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)入微機(jī)。當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)較微弱時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)理放大，以防多路開(kāi)關(guān)引入較大的誤差。當(dāng)傳感器輸出信號(hào)電壓較大時(shí)，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可直接與傳感器輸出信號(hào)相連。經(jīng)過(guò)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的信號(hào)，一般要再經(jīng)過(guò)一級(jí)放大以滿足AD轉(zhuǎn)換器的要求。NUAA 506多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)主

5、要參數(shù)： 導(dǎo)通電阻小、斷開(kāi)電阻大 通道數(shù)目 最大輸入電壓 通道串?dāng)_ 切換速度NUAA 506 目前微機(jī)控制系統(tǒng)所使用的多路開(kāi)關(guān)大都集成在一個(gè)集成芯片中，種類很多，并且有不同的功能和用途。如：CD4051(雙向，8路)、AD7501(單向，8路)、CD4052(單向、差動(dòng)、4路)、 AD7506(單向，16路)等。 所謂雙向雙向，就是既可以實(shí)現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換，也可以完成一到多的轉(zhuǎn)換；而單向單向則只能完成多到一的轉(zhuǎn)換。 差動(dòng)差動(dòng)即有兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，從而完成差動(dòng)信號(hào)的切換。多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)CD4051CD4052AD7506NUAA 506多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)AD7501功能管腳圖NUA

6、A 506多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)AD7501真值表AD7503真值表NUAA 506多路模擬開(kāi)關(guān)多路模擬開(kāi)關(guān)CD4051功能管腳圖CD4051真值表NUAA 506模擬量與數(shù)字量模擬量與數(shù)字量 模擬量連續(xù)變化的物理量n數(shù)字量數(shù)字量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量模擬模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCDAC數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器NUAA 506數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)1現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)2現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)n微型微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器

7、傳感器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣保持器采樣保持器數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)受控對(duì)象受控對(duì)象控制信號(hào)控制信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器放大驅(qū)動(dòng)電路放大驅(qū)動(dòng)電路傳感器傳感器將各種現(xiàn)場(chǎng)的物理量測(cè)量出來(lái)將各種現(xiàn)場(chǎng)的物理量測(cè)量出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（模擬電壓或電流）并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（模擬電壓或電流） 放大器放大器把傳感器輸出的信號(hào)放大到把傳感器輸出的信號(hào)放大到ADC所需所需的量程范圍的量程范圍低通濾波器低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比以增加信噪比多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)把多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分時(shí)地接通到把多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分時(shí)地接通到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣保持器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號(hào)

8、，周期性地采樣連續(xù)信號(hào)，并在并在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變轉(zhuǎn)換期間保持不變 模擬輸入輸出系統(tǒng)模擬輸入輸出系統(tǒng)NUAA 506采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)(S/H) 當(dāng)被測(cè)模擬信號(hào)變化較快時(shí)，要求輸入通道也能及時(shí)反應(yīng)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換是需要一定的時(shí)間才能完成的。如果在AD轉(zhuǎn)換過(guò)程中模擬輸入發(fā)生了顯著變化，使得轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量不能真正代表發(fā)出命令的那一瞬間所要轉(zhuǎn)換的電平。為了克服這一缺點(diǎn)，對(duì)于快速動(dòng)態(tài)信號(hào)在AD轉(zhuǎn)換器前面應(yīng)設(shè)置采樣保持器，以防采樣過(guò)程中信號(hào)發(fā)生變化。 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常經(jīng)歷采樣、保持、量化和模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常經(jīng)歷采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟。編碼四個(gè)步驟。 NUAA

9、 506采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)(S/H)采樣 指周期的獲取模擬信號(hào)瞬時(shí)值，得到一系列樣值脈沖，用這些時(shí)間上離散的信號(hào)脈沖代替原來(lái)的模擬信號(hào)的過(guò)程。NUAA 506采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)(S/H)保持 AD轉(zhuǎn)換過(guò)程中，采樣點(diǎn)越多，采樣值反映的輸入情號(hào)越真實(shí)。但是采樣點(diǎn)多，采樣頻率就高，采樣時(shí)間就短。量化和編碼需要一定時(shí)間才能完成。因此在轉(zhuǎn)換(量化相編碼)時(shí)間內(nèi)只能保持采樣點(diǎn)的值不變，才能保證轉(zhuǎn)換精度。NUAA 506采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)(S/H)采樣/保持原理圖NUAA 506采樣保持器的主要技術(shù)參數(shù)采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)

10、(S/H)采集時(shí)間：表示采樣保持器輸出達(dá)到輸入值需要的時(shí)間，典型值約10s；孔徑時(shí)間：是保持電路轉(zhuǎn)入保持狀態(tài)所需要的時(shí)間，典型值約100ns；偏移電壓：由輸入放大器的偏移電壓及狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程的差額電壓造成的約5mV；增益誤差：保持器增益通常為1或1，實(shí)際存在誤差，其典型值約0.05%NUAA 506采樣采樣/ /保持電路保持電路(S/H)(S/H)采樣定理奈奎斯持奈奎斯持(Nyquist)采樣采樣定理：定理：在理想的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了使采樣輸出信號(hào)能無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)原輸入信號(hào)，必須使采樣頻率至少為輸入信號(hào)最高有效頻率的兩倍，否則會(huì)出現(xiàn)頻率混疊誤差。NUAA 506 采樣后的信號(hào)雖然時(shí)間上不連續(xù)，但

11、幅度仍然連續(xù)，仍為模采樣后的信號(hào)雖然時(shí)間上不連續(xù)，但幅度仍然連續(xù)，仍為模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)量化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能送入計(jì)算機(jī)。擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)量化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能送入計(jì)算機(jī)。量化過(guò)程即是進(jìn)行量化過(guò)程即是進(jìn)行A AD D轉(zhuǎn)換的過(guò)程，轉(zhuǎn)換的過(guò)程，A AD D轉(zhuǎn)換將采樣后的模轉(zhuǎn)換將采樣后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。圖為采樣信號(hào)，幅值在擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。圖為采樣信號(hào)，幅值在0 05 5之間。采用四之間。采用四舍五入的方法，進(jìn)行量化處理，得到離散的量化值，幅度在舍五入的方法，進(jìn)行量化處理，得到離散的量化值，幅度在0 0，1 1，2 25 5中取值。中取值。量化過(guò)程就是把采樣保持下來(lái)的模擬值舍入成整數(shù)

12、量化過(guò)程就是把采樣保持下來(lái)的模擬值舍入成整數(shù)的過(guò)程。顯然，量化過(guò)程會(huì)引入誤差。的過(guò)程。顯然，量化過(guò)程會(huì)引入誤差。 量化量化NUAA 506為了方便處理，通常將量化值進(jìn)行二進(jìn)制編碼，對(duì)相同范圍的模擬量，編碼位數(shù)越多，量化誤差越小。對(duì)無(wú)正負(fù)區(qū)分的單極性信號(hào)，所有的二進(jìn)制編碼位均表示其數(shù)值大小。對(duì)有正負(fù)的雙極性信號(hào)則必須有一位符號(hào)位表示其極性，通常有三種表示方法：1）符號(hào)-數(shù)值法：與計(jì)算機(jī)的原碼表示法相同。 2）補(bǔ)碼：與計(jì)算機(jī)的補(bǔ)碼表示法相同。 3）偏移二進(jìn)制碼：符號(hào)位特征與補(bǔ)碼相反，其余數(shù)值部分與補(bǔ)碼相同。這種編碼常用于雙極性模擬量的轉(zhuǎn)換。編碼編碼NUAA 506A AD D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技

13、術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件，它把模擬輸入轉(zhuǎn)化成數(shù)字輸出。按轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有四種類型，即計(jì)數(shù)式、雙積分式AD轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器和并行式AD轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分式和逐次逼近式。 NUAA 506目前常用的雙積分式AD轉(zhuǎn)換器芯片有：雙積分式雙積分式A AD D 雙積分式AD轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較慢。因此，這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場(chǎng)合。MC14433ICL7135ICL71067107712671367137系列NUAA 506 這類轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，其轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微秒至幾百微秒之間。 逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是

14、目前品種最多、應(yīng)用最廣的AD轉(zhuǎn)換器件。常用的芯片有： ADC0801-ADC0805為8位MOS型AD轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，單通道輸入，轉(zhuǎn)換時(shí)間約100微秒。 ADC08080809是8位MOS型AD轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬信號(hào)輸入通道，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等。轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100微秒。 ADC08160817除輸入通道數(shù)增加至16個(gè)外，其它性能與ADC08080809基本相同。逐次逼近式逐次逼近式A AD DNUAA 506AD574A為l2位AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為25微秒ADC1131為14位AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為12微秒。ADC1140為16位AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換

15、時(shí)間小于35微秒。ADC803為12位高速AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間500納秒(8位)、670納秒(10位)、1.5微秒(12位)ADC804為12位串行輸出AD轉(zhuǎn)換器，適合于遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。逐次逼近式逐次逼近式A AD D ADC0809NUAA 506 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換是用得最多的一種方法。轉(zhuǎn)換是用得最多的一種方法。 組成：組成： 8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器. . 工作過(guò)程：工作過(guò)程： 從最高位開(kāi)始通過(guò)試探值逐次進(jìn)行測(cè)試，從最高位開(kāi)始通過(guò)試探值逐次進(jìn)行測(cè)試， 直到試探值經(jīng)直到試探值經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器

16、輸出轉(zhuǎn)換器輸出VoVo與與V VX X相等或達(dá)到允許誤差范相等或達(dá)到允許誤差范圍為止。則該試探值就為圍為止。則該試探值就為A/DA/D轉(zhuǎn)換所需的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換所需的數(shù)字量。逐次逼近式逐次逼近式A AD DNUAA 506- -+ +8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器緩沖寄存器緩沖寄存器控制電路控制電路逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器V Vi iV VO O啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)信號(hào)CLKCLK轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)D D7 7D D6 6D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D0 0D D1 1比較器比較器逐次逼近式逐次逼近式A AD D工作原理圖工作原理圖NUAA 506T T1 1T T8 8T

17、T7 7T T6 6T T5 5T T4 4T T3 3T T2 2.5 52.52.53.753.754.3754.3754.694.694.844.844.734.734.804.805 50 0時(shí)鐘時(shí)鐘A/DA/D啟動(dòng)啟動(dòng)A/DA/D結(jié)束結(jié)束V Vi i/V/Vt t逐次逼近式逐次逼近式A AD DNUAA 506如：實(shí)現(xiàn)模擬電壓如：實(shí)現(xiàn)模擬電壓4.80V相當(dāng)于數(shù)字量相當(dāng)于數(shù)字量123的的AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換.具體過(guò)程如下：具體過(guò)程如下： 當(dāng)出現(xiàn)啟動(dòng)脈沖當(dāng)出現(xiàn)啟動(dòng)脈沖 時(shí)，逐次逼近寄存器清時(shí)，逐次逼近寄存器清“0”； 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)當(dāng)?shù)谝粋€(gè) T1 到來(lái)，逐次逼近寄存器到來(lái)，逐次逼近寄存器 最高位最高位

18、D7置置“1”， 8位位D/A轉(zhuǎn)換器輸入為轉(zhuǎn)換器輸入為10000000B， 輸出輸出Vo為滿度的一半為滿度的一半5V，即滿量值的，即滿量值的128/255。 若若VoVi，比較器輸出低電平，比較器輸出低電平， 控制電路使逐次逼近寄存器最高位控制電路使逐次逼近寄存器最高位D7置置“0”(反之，置反之，置“1”)；逐次逼近式逐次逼近式A AD DNUAA 506當(dāng)?shù)诙€(gè)當(dāng)?shù)诙€(gè) 到來(lái)，逐次逼近寄存器到來(lái)，逐次逼近寄存器D6位置位置“1”， D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入為轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入為01000000B， 輸出電壓為輸出電壓為2.5V，VoVi，D 7=0V0Vi，D 7=0010000002.5

19、V0Vi，D 6=1V0Vi，D 6=1011000003.75V0Vi ，D 5=1V0Vi ，D 5=1011100004.375V0Vi ，D 4=1V0Vi ，D 4=1011110004.69V0Vi ，D 3=1V0Vi，D 2=0V0Vi，D 2=0011110104.76V0Vi ，D 1=1V0Vi ，D 1=1011110114.80V0Vi ，D 0=1V0Vi ，D 0=10 0646464+32=9664+32=9664+32+16=11264+32+16=11264+32+16+8=12064+32+16+8=12064+32+16+8=12064+32+16+8=

20、12064+32+16+8+2=12264+32+16+8+2=12264+32+16+8+2+1=12364+32+16+8+2+1=123逐次逼近式逐次逼近式A AD DNUAA 506 計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換速度慢，價(jià)格低，適用于慢速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)換速度慢，價(jià)格低，適用于慢速系統(tǒng)； 雙積分式雙積分式A/D轉(zhuǎn)換分辨率高，抗干擾性好，但轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換分辨率高，抗干擾性好，但轉(zhuǎn)換速度較慢，適用于中速系統(tǒng)。度較慢，適用于中速系統(tǒng)。 逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換精度高、轉(zhuǎn)換速度快、易受干擾。轉(zhuǎn)換精度高、轉(zhuǎn)換速度快、易受干擾。 微機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)采用逐次逼近型微機(jī)系統(tǒng)中大多數(shù)采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換

21、方法。比較三種比較三種A/DA/D轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換方式NUAA 5061分辨率分辨率指指A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量，轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉(zhuǎn)換器滿量程模擬輸入量被分離的級(jí)數(shù)?；蛑皋D(zhuǎn)換器滿量程模擬輸入量被分離的級(jí)數(shù)。A/D 分辨率通常用能轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量位數(shù)表示。分辨率通常用能轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量位數(shù)表示。 如：如：8位位A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的分辨率分辨率為為8位位。 10位位A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的分辨率分辨率為為10位位。分辨率；分辨率； 轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率A/DA/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)NUAA 5062轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度指在輸出端產(chǎn)生

22、給定的數(shù)字量，指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字量，實(shí)際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。實(shí)際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。 反應(yīng)反應(yīng)ADC的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度。3轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間指完成一次指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，從啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時(shí)間。從啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時(shí)間。轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換率是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。A/DA/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)NUAA 506l 按工作原理分按工作原理分l 按輸入方式分按輸入方式分l 按輸出方式分

23、按輸出方式分l 按性能特點(diǎn)分按性能特點(diǎn)分l 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類NUAA 506l 按模擬量輸入方式分按模擬量輸入方式分單極性單極性ADC、雙極性雙極性ADCl 按數(shù)字量輸出方式分按數(shù)字量輸出方式分 并行并行ADC、串行串行ADCl 按工作原理分按工作原理分計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)式ADC、 雙積分式雙積分式ADC逐次逼近式逐次逼近式ADC、并行式并行式ADCA/DA/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類NUAA 506l 按性能特點(diǎn)分按性能特點(diǎn)分按分辨率分按分辨率分4位、位、6位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位位按轉(zhuǎn)換速度分按轉(zhuǎn)換

24、速度分 低速、中速、高速、超高速低速、中速、高速、超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為（轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為1s、1ms、1us、1ns）按轉(zhuǎn)換精度分按轉(zhuǎn)換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度低精度、中精度、高精度、超高精度A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類NUAA 506l 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分帶可控三態(tài)緩沖帶可控三態(tài)緩沖ADC 如：如： ADC0809 不帶可控三態(tài)緩沖不帶可控三態(tài)緩沖ADC 如：如： AD570、ADC1210A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類NUAA 506 主要性能指標(biāo)： 電源電壓電源電壓 6.5V 分辨率分辨率 8位位 時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率 640HZ 轉(zhuǎn)換時(shí)

25、間轉(zhuǎn)換時(shí)間 100us 未經(jīng)調(diào)整誤差未經(jīng)調(diào)整誤差 1/2LSB 和和1LSB 模擬量輸入電壓范圍模擬量輸入電壓范圍 0-5V 功耗功耗 15mW 最大電源電壓最大電源電壓 17VADC0809 ADC0809 NUAA 506 8路模擬量輸入 3位地址地址鎖存允許 8位模擬開(kāi)關(guān) 地 址 鎖 存 與 譯 碼256RT型電阻網(wǎng)絡(luò)樹(shù)狀開(kāi)關(guān)SAR控制與時(shí)序三態(tài)輸出鎖存緩沖器8位數(shù)字量輸出Vcc GND+VREF-VREF輸出允許OE8位A/D比較器 VST轉(zhuǎn)換結(jié)束 (中斷)啟動(dòng) 時(shí)鐘ADC0809ADC0809外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu) NUAA 506ADC0809ADC0809引腳圖引腳

26、圖NUAA 506ADC0809ADC0809原理框圖原理框圖NUAA 506 具有可控輸出三態(tài)門(mén)具有可控輸出三態(tài)門(mén),直接與系統(tǒng)總線相連直接與系統(tǒng)總線相連,由讀信號(hào)由讀信號(hào)RD控制三態(tài)門(mén)的控制三態(tài)門(mén)的打開(kāi)打開(kāi)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)后，已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)就，三態(tài)門(mén)打開(kāi)后，已轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)就出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。ADC0809ADC0809與系統(tǒng)總線的連接與系統(tǒng)總線的連接NUAA 506 端口地址端口地址:一個(gè)一個(gè) ADC0809:8個(gè)通道個(gè)通道, 每次允許一個(gè)通道的模擬量輸入并每次允許一個(gè)通道的模擬量輸入并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 通道號(hào)的選擇通道號(hào)的選擇,數(shù)據(jù)線的低數(shù)據(jù)線的低3位確定位確定.編程

27、方法編程方法: 設(shè)設(shè):通道地址為通道地址為:PORT 1.執(zhí)行輸出指令執(zhí)行輸出指令,啟動(dòng)啟動(dòng)ADC0809的的IN3通道通道: MOV AL,03H ;送通道號(hào)送通道號(hào) OUT PORT,AL ; 送通道地址送通道地址 2.當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,執(zhí)行輸入指令執(zhí)行輸入指令,讀轉(zhuǎn)換值讀轉(zhuǎn)換值 IN AL,PORT 3.轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC可引入中斷可引入中斷ADC0809ADC0809的特點(diǎn)的特點(diǎn)NUAA 506A AD D轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題NUAA 506A AD D轉(zhuǎn)換器的地線連接轉(zhuǎn)換器的地線連接NUAA 506數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖N

28、UAA 506D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理 DA轉(zhuǎn)換器用于將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，它的輸入量是數(shù)字量D，輸出為模擬量VO。要求輸出量與輸入量成正比，即：Vo=D*Vn (1) 其中Vn 為基準(zhǔn)電壓。（在每次轉(zhuǎn)換過(guò)程中為常量 ）D=a12-1+a22-2 +a323+an2-n (2) 其中a1，a2，an為輸入的數(shù)字量代碼，n為輸入位數(shù)。 將式（2）代入式（1）得： Vo Vo= ai2-i *Vn 將輸入的每一位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與其權(quán)相應(yīng)的模擬量，各位對(duì)應(yīng)的模擬量相加則得到DA轉(zhuǎn)換器的輸出，模擬輸出與數(shù)字量輸入成正比。一般的DA轉(zhuǎn)換器都是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的。NUAA 506 DA轉(zhuǎn)換電路形式較

29、多，在集成電路中，一般采用電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。其框圖如下：D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理NUAA 506D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理T型權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)NUAA 506Dout=FFH(全1，開(kāi)關(guān)閉合)I=Vref/R=(Vref/R)*(1/2+1/4+1/8+1/256) =255/256*(Vref/R)Vout=I R0= (Vref*R0/R) 255/256D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理NUAA 506 分辨率：分辨率：分辨率指分辨率指DA轉(zhuǎn)換器所能產(chǎn)生的最小模擬量增轉(zhuǎn)換器所能產(chǎn)生的最小模擬量增量量。分辨率用它的位數(shù)表示，。分辨率用它的位數(shù)表示，8位二進(jìn)制數(shù)，分辨率就是位二進(jìn)制數(shù)，分辨

30、率就是1/255。 轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：精度用于衡量精度用于衡量DA轉(zhuǎn)換器在將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換器在將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量時(shí)，所得模擬量的精確程度。它表明了模擬輸出實(shí)模擬量時(shí)，所得模擬量的精確程度。它表明了模擬輸出實(shí)際值與理想值之間的偏差。際值與理想值之間的偏差。 絕對(duì)精度：絕對(duì)精度：絕對(duì)精度指在輸入端加入給定數(shù)字量時(shí)，絕對(duì)精度指在輸入端加入給定數(shù)字量時(shí)，在輸出端實(shí)測(cè)的模擬量與理論輸出值之間的偏差在輸出端實(shí)測(cè)的模擬量與理論輸出值之間的偏差 相對(duì)精度：相對(duì)精度：相對(duì)精度指當(dāng)滿量程值校準(zhǔn)后，任何數(shù)字相對(duì)精度指當(dāng)滿量程值校準(zhǔn)后，任何數(shù)字輸入的模擬輸出值與理論值的誤差，實(shí)際上即是輸入的模擬輸出值與理論值的

31、誤差，實(shí)際上即是DA轉(zhuǎn)換的線性度。轉(zhuǎn)換的線性度。D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo) NUAA 506 線性度：線性度：線性度指線性度指DA轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉(zhuǎn)換特性（始終點(diǎn)連線）之間的誤線）與理想的轉(zhuǎn)換特性（始終點(diǎn)連線）之間的誤差。差。 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間(建立時(shí)間建立時(shí)間)：數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入DAC到輸出穩(wěn)到輸出穩(wěn)定模擬量的時(shí)間。電壓型較慢，主要取決于運(yùn)放定模擬量的時(shí)間。電壓型較慢，主要取決于運(yùn)放放大器速度。放大器速度。D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器

32、的主要性能指標(biāo) NUAA 506主要性能指標(biāo)：主要性能指標(biāo)：分辨率 8位輸出模擬信號(hào) 電流信號(hào)電流建立時(shí)間 1us單電源 +5+15VREF輸入端電壓 25V功耗 200mW最大電源電壓 17V帶緩沖器的帶緩沖器的D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832 NUAA 506 1. 引腳和邏輯結(jié)構(gòu)引腳和邏輯結(jié)構(gòu) 20個(gè)引腳、雙列直插式個(gè)引腳、雙列直插式8位位輸入輸入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFBNUAA 506V cc 芯片電源電壓芯片電源電壓

33、, +5V+15VVREF 參考電壓參考電壓, -10V+10V RFB 反饋電阻引出端反饋電阻引出端, 此端可接運(yùn)算放大器輸出端此端可接運(yùn)算放大器輸出端AGND 模擬信號(hào)地模擬信號(hào)地 DGND 數(shù)字信號(hào)地?cái)?shù)字信號(hào)地8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFBNUAA 506DI7 DI0 數(shù)字量輸入信號(hào)數(shù)字量輸入信號(hào) 其中其中: DI0為最低位，為最低位，DI7為最高位為最高位8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBA

34、GNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFBNUAA 5068位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFB0011ILE 輸入鎖存允許信號(hào)輸入鎖存允許信號(hào), 高電平有效高電平有效CS 片選信號(hào)片選信號(hào), 低電平有效低電平有效WR1 寫(xiě)信號(hào)寫(xiě)信號(hào)1，低電平有效，低電平有效LE1當(dāng)當(dāng) ILE、CS、WR1同時(shí)有效時(shí)同時(shí)有效時(shí), LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化輸入寄存器的輸出隨輸入而

35、變化WR1 , LE=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器NUAA 506LE2XFER 轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效低電平有效WR2 寫(xiě)信號(hào)寫(xiě)信號(hào)2，低電平有效，低電平有效 當(dāng)當(dāng)XFER、WR2同時(shí)有效時(shí)同時(shí)有效時(shí), LE2=1 DAC寄存器輸出隨輸入而變化；寄存器輸出隨輸入而變化； WR2 , LE=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，寄存器，數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，開(kāi)始轉(zhuǎn)換器，開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換VREF8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2X

36、FERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFB001NUAA 5061)直通方式：直通方式： 輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進(jìn)入輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2)單緩沖工作方式單緩沖工作方式一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)，一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài) 3)雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式 兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，DAC0832DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接與微機(jī)系統(tǒng)的連接NUAA 5062)2)單緩沖工作方式單緩沖工作方式 : 一個(gè)一個(gè)寄存器工作于寄存器工作于直通直通狀態(tài)，狀態(tài)， 一個(gè)一個(gè)工作于工作于受控受控鎖存

37、器狀態(tài)鎖存器狀態(tài)在不要求多相在不要求多相D/A同時(shí)輸出時(shí)，同時(shí)輸出時(shí)，可以采用單緩沖方式，可以采用單緩沖方式，此時(shí)只需一次寫(xiě)操作，就開(kāi)始轉(zhuǎn)換，可以提高此時(shí)只需一次寫(xiě)操作，就開(kāi)始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)吞吐量。吞吐量。DAC0832DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接與微機(jī)系統(tǒng)的連接NUAA 506+-Voport數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線地址地址譯碼譯碼PC總線總線IOWA0A9D0D7+5VCSDAC0832DI0DI7IOUT1IOUT2RFBXFER WR2WR1ILE單緩沖工作方式單緩沖工作方式 : 輸入寄存器輸入寄存器工作于工作于受控受控狀態(tài)狀態(tài)DAC寄存器寄存器工作于工作于直通直通狀態(tài)狀態(tài)

38、DAC0832DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接與微機(jī)系統(tǒng)的連接NUAA 506PC 總線總線I/O寫(xiě)時(shí)序?qū)憰r(shí)序A15A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7D0port轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)據(jù)的程序段：轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)據(jù)的程序段：MOV AL, data ;取數(shù)字量取數(shù)字量MOV DX, portOUT DX, ALD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&輸入輸入寄存寄存RFB- -+VoIOWA9A0D7D0+5VPC總線總線port地址地址譯碼譯碼DAC寄存寄存NUAA 506port數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線地址地址譯碼譯碼PC總線總線IOWA0A9D0D7+5VXFE

39、RDAC0832DI0DI7+-VoIOUT1IOUT2RFBCS WR1WR2ILE單緩沖工作方式單緩沖工作方式 : 輸入寄存器輸入寄存器工作于工作于直通直通狀態(tài)狀態(tài)DAC寄存器寄存器工作于工作于受控受控狀態(tài)狀態(tài)DAC0832DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接與微機(jī)系統(tǒng)的連接NUAA 506PC 總線總線I/O寫(xiě)時(shí)序?qū)憰r(shí)序A15A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7D0port轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)據(jù)的程序段：轉(zhuǎn)換一個(gè)數(shù)據(jù)的程序段：MOV AL, data ;取數(shù)字量取數(shù)字量MOV DX, portOUT DX, ALIOUT2DI7DI0LECSWR1ILE&輸入輸入寄存寄存VoD7D0+5VPC總線總線portWR2IOWA9A0XFERD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LEIOUT1RFB- -+DAC寄存寄存地址地址譯碼譯碼&NUAA 506 3) 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式: 兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線總線數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2CS地地址址譯譯碼