第2章輸入通道

1、第第2 2章章 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 前節(jié)內(nèi)容回顧：前節(jié)內(nèi)容回顧： 1 1輸入輸出通道的類型；輸入輸出通道的類型； 2 2多路開關(guān)，采樣保持器的原理及作用；多路開關(guān)，采樣保持器的原理及作用； 3 3模擬量輸出通道。模擬量輸出通道。v 引言引言v 2.1 2.1 信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路 v 2.2 2.2 多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)v 2.3 2.3 前置放大器前置放大器v 2.4 2.4 采樣保持器采樣保持器v 2.5 A/D2.5 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 v 2.6 A/D2.6 A/D轉(zhuǎn)換接口電路轉(zhuǎn)換接口電路本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容引言引言 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成如圖所示模擬量輸入通

2、道的結(jié)構(gòu)組成如圖所示, ,顯然，該通道的顯然，該通道的核心是模核心是模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器即數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/DA/D轉(zhuǎn)換器，通常把模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換器，通常把模擬量輸入通道稱為稱為A/DA/D通道或通道或AIAI通道。通道。傳感變送器信號調(diào)理多路模擬開關(guān)前置放大器采樣保持器轉(zhuǎn)換器接口邏輯電路過程參數(shù)PC總線圖 3-1 模 擬 量 輸 入 通 道 的 結(jié) 構(gòu) 組 成A/D2.1 2.1 信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路 在控制系統(tǒng)中，對被控量的檢測往往采用各種在控制系統(tǒng)中，對被控量的檢測往往采用各種類型的測量變送器，當(dāng)它們的輸出信號為類型的測量變送器，當(dāng)它們的輸出信號為0 - 10 0 - 10 mAmA或或4

3、 -20 mA4 -20 mA的電流信號時(shí)，的電流信號時(shí)，一般是采用電阻分壓一般是采用電阻分壓法把現(xiàn)場傳送來的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，以下法把現(xiàn)場傳送來的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，以下是兩種變換電路。是兩種變換電路。 1. 1. 無源無源I/VI/V變換變換 2. 2. 有源有源I/VI/V變換變換 1. .無源無源I/VI/V變換變換 無源無源I/VI/V變換電路是利用無源器件變換電路是利用無源器件電阻電阻來實(shí)現(xiàn)，加上來實(shí)現(xiàn)，加上RCRC濾波和二極管限幅等保護(hù)，如濾波和二極管限幅等保護(hù)，如圖圖(a)(a)所示，其中所示，其中R2R2為精密電阻。為精密電阻。2. 2. 有源有源I/VI/V變換變

4、換 有源有源I/VI/V變換是利用有源器件變換是利用有源器件運(yùn)算放大運(yùn)算放大器和電阻電容組成，如圖（器和電阻電容組成，如圖（b b）所示。）所示。 2.2 2.2 多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換多路多路開關(guān)開關(guān)IN0INn選擇多路開關(guān)的依據(jù)：速度、成本、同步選擇多路開關(guān)的依據(jù)：速度、成本、同步2.3 2.3 前置放大器前置放大器 前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入小信號放大到小信號放大到A/DA/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)，如如0-5VDC.0-5VDC. 對單純的微弱信號，可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端對單純的微弱信號，可用一個(gè)運(yùn)算放

5、大器進(jìn)行單端同相放大或單端反相放大。如圖所示，同相放大或單端反相放大。如圖所示，信號源的一端若信號源的一端若接放大器的正端為同相放大接放大器的正端為同相放大，同相放大電路的放大倍數(shù)，同相放大電路的放大倍數(shù)G G =1+R2/R1=1+R2/R1； 若信號源的一端接放大器的負(fù)端為若信號源的一端接放大器的負(fù)端為反相放大反相放大，反相放大，反相放大電路的放大倍數(shù)電路的放大倍數(shù)G G = =R2/R1R2/R1。當(dāng)然，這兩種電路都是單。當(dāng)然，這兩種電路都是單端放大，所以信號源的另一端是與放大器的另一個(gè)輸入端放大，所以信號源的另一端是與放大器的另一個(gè)輸入端共地。端共地。2.4 2.4 采樣保持器采樣保持

6、器 當(dāng)某一通道進(jìn)行當(dāng)某一通道進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D A/D 轉(zhuǎn)換需要一轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，如果輸入信號變化較快，就會引起較大的定的時(shí)間，如果輸入信號變化較快，就會引起較大的轉(zhuǎn)換誤差（孔徑誤差）。為了保證轉(zhuǎn)換誤差（孔徑誤差）。為了保證A/DA/D轉(zhuǎn)換的精度，需轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器。另外一個(gè)作用是能夠保證多參數(shù)要應(yīng)用采樣保持器。另外一個(gè)作用是能夠保證多參數(shù)同步轉(zhuǎn)換。同步轉(zhuǎn)換。 v 3.4.1 3.4.1 數(shù)據(jù)采樣定理數(shù)據(jù)采樣定理 v 3.4.2 3.4.2 采樣保持器采樣保持器 2.4.1 2.4.1 數(shù)據(jù)采樣定理數(shù)據(jù)采樣定理離散系統(tǒng)或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)或采樣數(shù)

7、據(jù)系統(tǒng)-把連續(xù)變化的量變成離把連續(xù)變化的量變成離 散量后再進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。散量后再進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的采樣形式離散系統(tǒng)的采樣形式-有周期采樣、多階采樣和隨有周期采樣、多階采樣和隨機(jī)采樣。應(yīng)用最多的是周期采樣。機(jī)采樣。應(yīng)用最多的是周期采樣。周期采樣周期采樣-就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號y y( (t t) )，按一定，按一定的時(shí)間間隔的時(shí)間間隔T T 轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)0 0，T T，2 2T T，的一連串脈沖序列信號的一連串脈沖序列信號 y y* *( (t t) )，如圖所示。

8、如圖所示。0t0T2T3Tt采樣器y( t )*y( t )*y( t )y( t ) T圖2-7 信號的采樣過程采樣器的常用術(shù)語：采樣器的常用術(shù)語：采樣器或采樣開關(guān)采樣器或采樣開關(guān)-執(zhí)行采樣動作的裝置，執(zhí)行采樣動作的裝置，采樣時(shí)間或采樣寬度采樣時(shí)間或采樣寬度-采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間采樣周期采樣周期T-T- -采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔 在實(shí)際系統(tǒng)中，在實(shí)際系統(tǒng)中， T T ，也就是說，可以近似地認(rèn)為采樣，也就是說，可以近似地認(rèn)為采樣信號信號y y* *( (t t) )是是y y( (t t) )在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值。在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)

9、值。信號的采樣過程信號的采樣過程 香農(nóng)定理指出：為了使采樣信號香農(nóng)定理指出：為了使采樣信號y y* *( (t t) )能完全復(fù)現(xiàn)原信能完全復(fù)現(xiàn)原信號號y y( (t t) )，采樣頻率，采樣頻率f f 至少要為原信號最高有效頻率至少要為原信號最高有效頻率f fmaxmax的的2 2倍，倍，即即f f 2f 2fmaxmax。 采樣定理給出了采樣定理給出了y y* *( (t t) )唯一地復(fù)現(xiàn)唯一地復(fù)現(xiàn)y y( (t t) )所必需的最低采樣所必需的最低采樣頻率。頻率。實(shí)際應(yīng)用中，常取實(shí)際應(yīng)用中，常取f f （510510）f fmaxmax。2.4.22.4.2采樣保持器采樣保持器 1 1

10、、 零階采樣保持器零階采樣保持器-零階采樣保持器是在兩次采樣零階采樣保持器是在兩次采樣的間隔時(shí)間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。的間隔時(shí)間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。它的組成原理電路與工作波性如圖所示。它的組成原理電路與工作波性如圖所示。 INV1A2AHCOUTVSOUTVINVtt圖 2-8 采樣保持器 路電理原)a (性波作工)b(采樣保持2 2、零階集成采樣保持器、零階集成采樣保持器-常用的零階集成采樣常用的零階集成采樣保持器有保持器有LF198/298/398LF198/298/398等，區(qū)別為價(jià)格、性等，區(qū)別為價(jià)格、性能。能。2.4.22.4.2采樣保持器采

11、樣保持器 在在A/DA/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級的平應(yīng)與后級的A/DA/D轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號既可以轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號既可以由其它控制電路產(chǎn)生，也可以由由其它控制電路產(chǎn)生，也可以由A/DA/D轉(zhuǎn)換器直接提轉(zhuǎn)換器直接提供。供。 總之，保持器在采樣期間，不啟動總之，保持器在采樣期間，不啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，而一旦進(jìn)入保持期間，則立即啟動器，而一旦進(jìn)入保持期間，則立即啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，從而保證從而保證A/D A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確保保A/DA/D轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換精度。2.5 A/

12、D2.5 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器v 2.5.1 2.5.1 工作原理與性能指標(biāo)工作原理與性能指標(biāo) v 2.5.2 ADC08092.5.2 ADC0809及其接口電路及其接口電路 v 2.5.3 AD574A2.5.3 AD574A芯片及其接口電路芯片及其接口電路 主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn)2.5.1 2.5.1 工作原理與性能指標(biāo)工作原理與性能指標(biāo) 1 1逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 2 2雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 3 3A/DA/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 1 1逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 現(xiàn)以現(xiàn)以4 4位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器把模

13、擬量轉(zhuǎn)換器把模擬量9 9轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)10011001為例，說明逐位逼近式為例，說明逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。轉(zhuǎn)換器的工作原理。 反饋電壓D / A轉(zhuǎn)換器VIN比較器控制時(shí)序和邏輯電路逐位逼近寄存器(SAR)數(shù)字量輸 出鎖存器啟動CLK模擬量輸 入VOVCD0圖 圖 2-9 逐位逼近式逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖轉(zhuǎn)換原理圖 D1D2D3 當(dāng)啟動信號作用后，時(shí)鐘信號在控制邏輯作用下，當(dāng)啟動信號作用后，時(shí)鐘信號在控制邏輯作用下， 首先使寄存器的最高位首先使寄存器的最高位D3 D3 1 1，其余為，其余為0 0， 此數(shù)字量此數(shù)字量10001000經(jīng)經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成

14、模擬電壓即轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即V VO O 8 8，送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)，送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換的模擬量換的模擬量V VININ = 9 = 9進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷。當(dāng)判斷。當(dāng)V VININ V VO O，則保留，則保留D D3 3 = 1 = 1； 再對下一位再對下一位D2D2進(jìn)行比較進(jìn)行比較，同樣先使，同樣先使D2 D2 1 1，與上一位，與上一位D3D3位一位一起即起即11001100進(jìn)入進(jìn)入D/AD/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為V VO O 12 12再進(jìn)入比較器，與再進(jìn)入比較器，與V VININ 9 9比較，因比較，

15、因V VIN IN V VO O，則使，則使D2 D2 0 0； 再下一位再下一位D1D1位也是如此位也是如此，D1 D1 1 1即即10101010，經(jīng)，經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為V VO = O = 1010，再與，再與V VININ 9 9比較，因比較，因V VININ V VO O，則使，則使D D1 1 0 0； 最后一位最后一位D D0 0 1 1- -即即10011001經(jīng)經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為V VO O 9 9，再與，再與V VININ 9 9比比較，因較，因V VININ V VO O，保留，保留D D0 0 1 1。比較完畢，寄存器中的數(shù)字量。比較完畢，寄存器中的數(shù)字

16、量10011001即為模擬量即為模擬量9 9的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。 一個(gè)一個(gè) n n 位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是 （3-43-4） 式中式中 n n n n位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器； V VR+R+、V VR R- - 基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入；基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入； V VININ要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量；要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量； B B轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量。轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量。 即當(dāng)基準(zhǔn)電壓源確定之后，即當(dāng)基準(zhǔn)電壓源確定之后，n n位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器的輸轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量出數(shù)字量B B與要轉(zhuǎn)換的輸入模

17、擬量與要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量V VININ呈正比。呈正比。nRRRVVVVB2IN 例題例題3-23-2：一個(gè)：一個(gè)8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)轉(zhuǎn)換器，設(shè)V VR+ = 5.02 VR+ = 5.02 V， V VR R = 0 V = 0 V，計(jì)算當(dāng)，計(jì)算當(dāng)V VININ分別為分別為0 V0 V、2.5 V2.5 V、5 V5 V時(shí)所對時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量。應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量。 解：把已知數(shù)代入公式解：把已知數(shù)代入公式 ： 0 V 0 V、2.5 V2.5 V、5 V5 V時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量分別為時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量分別為00H00H、80H80H、FFHFFH。 此種此種A/DA/D轉(zhuǎn)換器的

18、常用品種有普通型轉(zhuǎn)換器的常用品種有普通型8 8位單路位單路ADC0801ADC0801ADC0805ADC0805、8 8位位8 8路路ADC0808/0809ADC0808/0809、8 8位位1616路路ADC0816/0817ADC0816/0817等，混合集成高速型等，混合集成高速型1212位單路位單路AD574AAD574A、ADC803ADC803等。等。82002. 502ININVVVVVBnRRRnRRRVVVVB2INNIV源電準(zhǔn)基輯邏制控器分積器較比鐘時(shí)器數(shù)計(jì)入輸擬模始開換轉(zhuǎn)束結(jié)換轉(zhuǎn)出輸量字?jǐn)?shù)0D1-nD定固率斜1T2T間時(shí)分積定固壓壓電電入入輸輸于于比比正正2T和和1T

19、關(guān)開圖框成組路電)a(理原分積雙)b(圖理原換轉(zhuǎn)D/A式分積雙10 2圖2 2雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理圖轉(zhuǎn)換原理圖 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理如圖所示，在轉(zhuǎn)換開始信號控制下，轉(zhuǎn)換原理如圖所示，在轉(zhuǎn)換開始信號控制下，開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓V VIN IN 在固定時(shí)間在固定時(shí)間T T內(nèi)對內(nèi)對積分器上的電容積分器上的電容C C充電（正向積分），時(shí)間一到，控制邏輯充電（正向積分），時(shí)間一到，控制邏輯將開關(guān)切換到與將開關(guān)切換到與V VININ極性相反的基準(zhǔn)電源上，此時(shí)電容極性相反的基準(zhǔn)電源上

20、，此時(shí)電容C C開始開始放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)比較器判定電放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)比較器判定電容容C C放電完畢時(shí)就輸出信號，由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，放電完畢時(shí)就輸出信號，由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。這時(shí)計(jì)數(shù)器所記的脈沖個(gè)數(shù)正比于放并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。這時(shí)計(jì)數(shù)器所記的脈沖個(gè)數(shù)正比于放電時(shí)間。電時(shí)間。 放電時(shí)間放電時(shí)間T T1 1或或T T2 2又正比于輸入電壓又正比于輸入電壓V VININ，即輸入電壓大，則，即輸入電壓大，則放電時(shí)間長，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大。因此，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的放電時(shí)間長，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大。因此，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的大小反映了

21、輸入電壓大小反映了輸入電壓V VININ在固定積分時(shí)間在固定積分時(shí)間T T內(nèi)的平均值。內(nèi)的平均值。 此種此種A/DA/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為3 3位半位半BCDBCD碼（二進(jìn)碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的ICL7107ICL7107、MC14433MC14433、輸出為、輸出為4 4位半位半BCDBCD碼的碼的ICL7135ICL7135等。等。 （1 1）分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指A/DA/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量微小的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏

22、。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，變化的反應(yīng)越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如如8 8位、位、1010位、位、1212位等。即：位等。即： 分辨率分辨率 = = 滿刻度值滿刻度值/2/2n n 3 3A/DA/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) A/D A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度可以用絕對誤差和相可以用絕對誤差和相對誤差來表示。對誤差來表示。 所謂所謂絕對誤差絕對誤差，是指對應(yīng)于一個(gè)給定數(shù)字，是指對應(yīng)于一個(gè)給定數(shù)字量量A/DA/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實(shí)際模擬量轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實(shí)際模擬量輸入值和理論值之差來度量。輸入值和理論值之差來度量。 相對誤差相對誤差是指絕對誤差

23、與滿刻度值之比，一是指絕對誤差與滿刻度值之比，一般用百分?jǐn)?shù)來表示，對般用百分?jǐn)?shù)來表示，對A/DA/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù)的位數(shù)LSBLSB（Least Significant Bit)Least Significant Bit)）來表示，）來表示，1LSB = 11LSB = 1 2 2n n 。（2 2）轉(zhuǎn)換精度）轉(zhuǎn)換精度 例如，對于一個(gè)例如，對于一個(gè)8 8位位05V05V的的A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，如果其相對誤差為器，如果其相對誤差為1LSB1LSB，則其絕對，則其絕對誤差為誤差為19.5 mV19.5 mV。一般來說，位數(shù)。一般來說，位數(shù)n n越大，越大，其相對

24、誤差（或絕對誤差）越小。其相對誤差（或絕對誤差）越小。（3 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間）轉(zhuǎn)換時(shí)間 A/D A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。如逐位逼近式換時(shí)間。如逐位逼近式A/D A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級，雙積分式為微秒級，雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級。秒級。 2.5.2 ADC08092.5.2 ADC0809及其接口電路及其接口電路主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn)v 1 1、ADC0809ADC0809芯片介紹芯片介紹v 2 2ADADC0809C0809接口接口電路電路1 1、 ADC0809 ADC080

25、9芯片介紹芯片介紹1 1、 ADC0809 ADC0809芯片介紹芯片介紹8 8位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器分辨率為分辨率為1/ 21/ 28 8 0.39 % 0.39 %模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是 0 - +5 V 0 - +5 V標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為間為1 10000 s s采用采用2828腳雙立直插式封裝腳雙立直插式封裝微機(jī)控制技術(shù) AD0808/0809 AD0808/0809原理圖原理圖0 01 10 0 表表3-2 3-2 被選通道和地址的關(guān)系被選通道和地址的關(guān)系C CB BA A選中通道選中通道0 00 00 0IN0IN00 00 01 1I

26、N1IN10 01 10 0IN2IN20 01 11 1IN3IN31 10 00 0IN4IN41 10 01 1IN5IN51 11 10 0IN6IN61 11 11 1IN7IN7ADC0809ADC0809的內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)序的內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)序ALEC.B.ASTARTEOCOEDO7DO0圖2-12 ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序圖圖3-14 ADC08093-14 ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序的轉(zhuǎn)換時(shí)序 其轉(zhuǎn)換過程表述如下：其轉(zhuǎn)換過程表述如下：首先首先ALEALE的上升沿將地址的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該路模擬量進(jìn)入到路模擬

27、量進(jìn)入到A/DA/D轉(zhuǎn)換器中。同時(shí)轉(zhuǎn)換器中。同時(shí)START START 的上升沿的上升沿將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿起動將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿起動A/DA/D轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘的作用下，逐位逼近過程開始，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的作用下，逐位逼近過程開始，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOCEOC即即變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOCEOC恢復(fù)高電平，此時(shí)，恢復(fù)高電平，此時(shí)，如果對輸出允許如果對輸出允許OEOE輸入一高電平命令，則可讀出數(shù)輸入一高電平命令，則可讀出數(shù)據(jù)。據(jù)。2 2ADC0809ADC0809接口電路接口電路 A/DA/D轉(zhuǎn)換器的接口電路主要是解決主機(jī)如何分轉(zhuǎn)換器的接口電路主要

28、是解決主機(jī)如何分時(shí)采集多路模擬量輸入信號的，即主機(jī)如何啟動時(shí)采集多路模擬量輸入信號的，即主機(jī)如何啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換，如何判斷轉(zhuǎn)換，如何判斷A/DA/D完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，如何完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，如何讀入并存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的。下面介紹三種典型的接讀入并存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的。下面介紹三種典型的接口電路。口電路。 v （1 1）查詢方式讀）查詢方式讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) v （2 2）定時(shí)方式讀）定時(shí)方式讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)v （3 3）中斷）中斷方式讀方式讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)據(jù) （1）查詢方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù) 課本例程：對課本例程：對8 8路模擬量輸入?yún)?shù)進(jìn)行巡回檢測，每個(gè)通道采樣路模

29、擬量輸入?yún)?shù)進(jìn)行巡回檢測，每個(gè)通道采樣256256次，并將采樣值存放在外部次，并將采樣值存放在外部RAMRAM的的A000A7FFHA000A7FFH區(qū)域中區(qū)域中源程序如下：源程序如下：START：MOV R0，#00H ；建立外部；建立外部 RAM 緩沖區(qū)地址指針緩沖區(qū)地址指針 MOV P2，#0A0H MOV R3，#00H ；置采樣次數(shù)計(jì)數(shù)器初值；置采樣次數(shù)計(jì)數(shù)器初值 MOV R4，#00H MOV R6，#08H ；設(shè)通道計(jì)數(shù)器初值；設(shè)通道計(jì)數(shù)器初值 MOV DPTR，#7FF8H ；通道地址寄存器設(shè)初值；通道地址寄存器設(shè)初值A(chǔ)GAIN: MOVX DPTR，A ；啟動；啟動A/D轉(zhuǎn)換

30、轉(zhuǎn)換 微機(jī)控制技術(shù)A15 A14 A13 A1 2 A11 A10 A9 A8 A15 A14 A13 A1 2 A11 A10 A9 A8 A7-.A2 A1 A0A7-.A2 A1 A00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0LOOP1：JNB P1.7，LOOP1；等待；等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX A，DPTR ；讀；讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX R0，A ；存入；存入 RAM 單元單元 INCDPTR；修改通道號；修改通道號 INC P2；修改；修改 RAM 地址地址 DJNZ

31、 R6，AGAIN；判通道計(jì)數(shù)器是否為；判通道計(jì)數(shù)器是否為“0” DJNZ R3，DONE；判采樣次數(shù)計(jì)數(shù)器是否為；判采樣次數(shù)計(jì)數(shù)器是否為“0” RETDONE： INC R4 ;采樣次數(shù)加采樣次數(shù)加1 MOV P2，#0A0H ; 恢復(fù)存放數(shù)據(jù)指針恢復(fù)存放數(shù)據(jù)指針 MOV A，R4 ; MOV R0，A ;存放新數(shù)據(jù)地址指針存放新數(shù)據(jù)地址指針 MOV R6，#10H ;恢復(fù)通道計(jì)算機(jī)初值恢復(fù)通道計(jì)算機(jī)初值 AJMP AGAIN微機(jī)控制技術(shù)（2 2）定時(shí)方式讀）定時(shí)方式讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù) 定時(shí)方式與查詢方式不同的僅僅在于啟動定時(shí)方式與查詢方式不同的僅僅在于啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換后，無需轉(zhuǎn)

32、換后，無需查詢查詢EOCEOC引腳狀態(tài)而只需等待轉(zhuǎn)換時(shí)間，調(diào)用定時(shí)子程序（引腳狀態(tài)而只需等待轉(zhuǎn)換時(shí)間，調(diào)用定時(shí)子程序（CALL CALL DELAYDELAY）即可。）即可。 （3 3）中斷方式讀）中斷方式讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)(2)(2)軟件編程軟件編程 完成中斷方式的完成中斷方式的 A/D A/D 轉(zhuǎn)換的程序有兩轉(zhuǎn)換的程序有兩部分部分: : 主程序主程序 設(shè)置觸發(fā)方式（本例是邊沿觸發(fā)）設(shè)置觸發(fā)方式（本例是邊沿觸發(fā)） 安排中斷矢量安排中斷矢量 開中斷等開中斷等 啟動啟動 A/D A/D 中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序。 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 主程序：主程序： ORG 0000H AJMP

33、 MAIN ORG 0003H AJMP ATOD；轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序；轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序ORG 0200H；主程序；主程序 MAIN： SETB IT0 ；選擇邊沿觸發(fā)方式；選擇邊沿觸發(fā)方式SETB EX0；允許外部中斷；允許外部中斷0SETB EA ；開放總中斷；開放總中斷MOV DPTR，#AREAD ；建立；建立A/D轉(zhuǎn)換器地址指針轉(zhuǎn)換器地址指針MOVX DPTR，A；啟動；啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 HERE： AJMP HERE；模擬主程序；模擬主程序微機(jī)控制技術(shù) 中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序：ORG 0220H ATOD：PUSH PSW ；保護(hù)現(xiàn)場；保護(hù)現(xiàn)場PUSH ACCPUSH DPLP

34、USH DPHMOV DPTR，#AREAD MOVX A， DPTR ；讀；讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV DATA，A POP DPH ；恢復(fù)現(xiàn)場；恢復(fù)現(xiàn)場POP DPLPOP ACCPOP PSWRETI ；返回主程序；返回主程序 AREAD EQU OFF80H DATA EQU 50H微機(jī)控制技術(shù) 顯然，定時(shí)方式比查詢方式簡單，但前提是必顯然，定時(shí)方式比查詢方式簡單，但前提是必須預(yù)先精確地知道須預(yù)先精確地知道A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片完成一次轉(zhuǎn)換芯片完成一次A/DA/D轉(zhuǎn)換所轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。需的時(shí)間。 這兩種方法的共同點(diǎn)是硬軟件接口簡單，但在這兩種方法的共同點(diǎn)是硬軟件接口簡單，但在轉(zhuǎn)換

35、期間獨(dú)占了轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占了CPUCPU時(shí)間，好在這種逐位逼近式時(shí)間，好在這種逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間只在微秒數(shù)量級。當(dāng)選用雙積分式轉(zhuǎn)換的時(shí)間只在微秒數(shù)量級。當(dāng)選用雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器時(shí)，因其轉(zhuǎn)換時(shí)間在毫秒級，因此采用中斷法換器時(shí)，因其轉(zhuǎn)換時(shí)間在毫秒級，因此采用中斷法讀讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)的方式更為適宜。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采轉(zhuǎn)換數(shù)的方式更為適宜。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，究竟采用何種接口方式要根據(jù)集系統(tǒng)時(shí)，究竟采用何種接口方式要根據(jù)A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器芯片而定。芯片而定。 8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分辨率約為轉(zhuǎn)換器的分辨率約為0.00390.0039，轉(zhuǎn)換精，轉(zhuǎn)換精度在度在

36、0.40.4以下以下, , 這對一些精度要求比較高的控制這對一些精度要求比較高的控制系統(tǒng)而言是不夠的，因此要采用更多位的系統(tǒng)而言是不夠的，因此要采用更多位的A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，如器，如1010位、位、1212位、位、1414位等位等A/DA/D轉(zhuǎn)換器。下面以轉(zhuǎn)換器。下面以AD574AAD574A為例介紹為例介紹1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器及其接口電路。轉(zhuǎn)換器及其接口電路。2.5.3 AD574A2.5.3 AD574A芯片及其接口電路芯片及其接口電路 主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn)v 1 1AD574AAD574A芯片介紹芯片介紹v 2. AD574A2. AD574A接口電路接口電路1 1AD5

37、74AAD574A芯片介紹芯片介紹1 1AD574AAD574A芯片介紹芯片介紹vAD574AAD574A是一種高性能的是一種高性能的1212位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器v分辨率為分辨率為1/21/212 12 = 0.024%= 0.024%v轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s,25s,適合于在高精度快速采樣系統(tǒng)中使用適合于在高精度快速采樣系統(tǒng)中使用v內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體與內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體與ADC0809ADC0809類似，由類似，由1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器、控制轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器與邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器與10V10V基準(zhǔn)電壓源構(gòu)成，可基準(zhǔn)電壓源構(gòu)成，可以直接與主機(jī)

38、數(shù)據(jù)總線連接，但只能輸入一路模擬量以直接與主機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，但只能輸入一路模擬量vAD574AAD574A也采用也采用2828腳雙列直插式封裝腳雙列直插式封裝微機(jī)控制技術(shù) AD574 AD574結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖各引腳功能如下：各引腳功能如下：Vcc：工作電源正端，：工作電源正端，+12 VDC或或+15 VDC。VEE：工作電源負(fù)端，：工作電源負(fù)端， 12 VDC或或 15 VDC。VL：邏輯電源端，：邏輯電源端，+5 VDC。雖然使用的工作電源為。雖然使用的工作電源為 12VDC或或 15 VDC， 但數(shù)字量輸出及控制信號的邏但數(shù)字量輸出及控制信號的邏輯輯 電平仍可直接與電平仍可直接與T

39、TL兼容。兼容。DGND，AGND：數(shù)字地，模擬地。：數(shù)字地，模擬地。REF OUT：基準(zhǔn)電壓源輸出端，芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源：基準(zhǔn)電壓源輸出端，芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源為為+10.00 V 1。REF IN：基準(zhǔn)電壓源輸入端，如果：基準(zhǔn)電壓源輸入端，如果REF OUT通過電通過電阻接至阻接至REF IN，則可用來調(diào)量程。，則可用來調(diào)量程。 ：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示已轉(zhuǎn)換完畢。表示已轉(zhuǎn)換完畢。 DB0-DB11 DB0-DB11：1212位輸出數(shù)據(jù)線，三態(tài)輸出鎖存，可與主位輸出數(shù)據(jù)線，三態(tài)輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連。機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連。

40、 CE CE：片能用信號，輸入，高電平有效。：片能用信號，輸入，高電平有效。 ：片選信號，輸入，低電平有效。：片選信號，輸入，低電平有效。 R/ R/ ：讀：讀/ /轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平為讀轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平為讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為起動低電平為起動A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。12/ 12/ ：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號，輸入，高電平時(shí)輸出：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號，輸入，高電平時(shí)輸出1212位數(shù)據(jù)，低電平時(shí)與位數(shù)據(jù)，低電平時(shí)與A0A0信號配合輸出高信號配合輸出高8 8位或低位或低4 4位數(shù)位數(shù)據(jù)。據(jù)。12/ 12/ 不能用不能用TTLTTL電平控制，必須直接接至電平控制，必須直接接

41、至+5V(+5V(引腳引腳1)1)或數(shù)字地或數(shù)字地( (引腳引腳15)15)。STSCSC88A0A0：字節(jié)信號，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，：字節(jié)信號，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，A0A0為低電平可使為低電平可使AD574AAD574A產(chǎn)產(chǎn)生生1212位轉(zhuǎn)換，位轉(zhuǎn)換，A0A0為高電平可使為高電平可使AD574AAD574A產(chǎn)生產(chǎn)生8 8位轉(zhuǎn)換。在讀位轉(zhuǎn)換。在讀數(shù)狀態(tài)，如果數(shù)狀態(tài)，如果12/ 12/ 為低電平，為低電平，A0A0為低電平時(shí)，則輸出高為低電平時(shí)，則輸出高8 8位數(shù)，而位數(shù)，而A0A0為高電平時(shí)，則輸出低為高電平時(shí)，則輸出低4 4位數(shù)；如果位數(shù)；如果12/ 12/ 為高為高電平，則電平，則A0A0的狀態(tài)不起作用。

42、的狀態(tài)不起作用。CECE、 、R/ R/ 、12/ 12/ 、 A0 A0各控制信號的組合作用，列各控制信號的組合作用，列于表。于表。注：注： 表示表示1 1或或0 0都可以。都可以。CSC888 10VIN10VIN，20VIN20VIN，BIP OFFBIP OFF：模擬電壓信號輸入端。單極：模擬電壓信號輸入端。單極性應(yīng)用時(shí)，將性應(yīng)用時(shí)，將BIP OFFBIP OFF接接0 V0 V，雙極性時(shí)接，雙極性時(shí)接10 V10 V。量程可以。量程可以是是10 V10 V，也可以是，也可以是20 V20 V。輸入信號在。輸入信號在10 V10 V范圍內(nèi)變化時(shí)，范圍內(nèi)變化時(shí)，將輸入信號接至將輸入信號接

43、至10 V10 VININ；在；在20V20V范圍內(nèi)變化時(shí)，接至范圍內(nèi)變化時(shí)，接至20V20VININ。模擬輸入信號的幾種接法如表所示。模擬輸入信號的幾種接法如表所示。 模擬輸入信號的幾種接法模擬輸入信號的幾種接法微機(jī)控制技術(shù)圖圖 單極性單極性模擬量輸入電路的連接模擬量輸入電路的連接無需無需 0 0 位位調(diào)調(diào)整整無需無需 滿滿量程量程調(diào)調(diào)整整微機(jī)控制技術(shù)圖圖 雙極性模擬量輸入電路的連接雙極性模擬量輸入電路的連接 P47P47234 高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)微機(jī)控制技術(shù)圖圖 AD574A AD574A與微型機(jī)接口電路與微型機(jī)接口電路單極單極性性單字節(jié)輸出單字節(jié)輸出1212位向左位向左對齊

44、對齊(1)(1)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) A/D A/D 數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出 直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線接口直接與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線接口 ( ( 內(nèi)部含三態(tài)鎖存器內(nèi)部含三態(tài)鎖存器 ) )。 采用采用 12 12 位位 向左對齊輸出格式向左對齊輸出格式 將將 A/D A/D 低低 4 4 位位 DB3 DB3DB0 DB0 接到接到 8031 8031 高高4 4位位 DB11 DB11DB8 DB8 上。上。 讀出時(shí)讀出時(shí): :第一次輸出第一次輸出 DB11 DB11DB4DB4（高（高8 8位），位）， 第二次輸出第二次輸出 DB3 DB3 DB0 DB0（低（低4 4位），位）， ( DB7 ( DB7D

45、B4 DB4 為為 0000H ) 0000H ) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的處理轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的處理 標(biāo)志位標(biāo)志位 STS STS 接到接到 P1.0 P1.0位。位。( (供查詢供查詢 ) ) 。 ( P1.0 = STS = 0 ( P1.0 = STS = 0 時(shí)讀入數(shù)據(jù)時(shí)讀入數(shù)據(jù) ) ) 微機(jī)控制技術(shù)234 高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)(2)(2)邏輯控制邏輯控制 ( (尋址、啟動和讀出尋址、啟動和讀出) ) 數(shù)據(jù)讀出方式選擇數(shù)據(jù)讀出方式選擇: : 數(shù)據(jù)格式選擇端數(shù)據(jù)格式選擇端 0V 0V（接地）（接地）( (分兩次輸出分兩次輸出) ) 啟動啟動A/DA/D和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，用和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，用CECE， 和和 R/ R/ 控制。控制。 P0.1=0 P0.1=0，啟動，啟動 A/D A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 字節(jié)控制端字節(jié)控制端A