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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)劉富春自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院2010-03-19ADC0809AI和抗干擾措施1過程通道:計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。(AI、AO、DI、DO)微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖28位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809—帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器—轉(zhuǎn)換時(shí)間100us,總的不可調(diào)誤差為±1LSB—可直接與微機(jī)相連,不需另加接口邏輯—輸入、輸出引腳電平與TTL電路兼容—當(dāng)模擬電壓范圍為0~5v時(shí)可使用單一的+5v電源—一般不需要調(diào)零和增益校準(zhǔn)ADC08093單片A/D轉(zhuǎn)換器及其
與微處理器的接口◆ADC0809引腳結(jié)構(gòu):采用雙列直插式封裝,共有28條引腳—8條模擬量輸入通道—地址輸入和控制線4條(A,B,C,ALE)—數(shù)字量輸出及控制線11條—電源線及CLOCK:5條
4ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖5ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明IN7~I(xiàn)N0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿,A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí),復(fù)位ADC0809;START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片,開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;在A/D轉(zhuǎn)換期間,START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.
6OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻;OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。9Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較,作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).10◆輸入通道選通地址表11◆ALE是地址鎖存選通信號(hào),該信號(hào)上升沿把地址狀態(tài)選通入地址鎖存器。也可以作為開始轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)◆START為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖輸入端,其上跳變復(fù)位轉(zhuǎn)換器,下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。它可由程序或外部設(shè)備產(chǎn)生。當(dāng)START與EOC端短接時(shí),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換12◆EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),從START信號(hào)上升沿開始經(jīng)8個(gè)時(shí)鐘周期后由高電平變?yōu)榈碗娖?。該信?hào)也可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)◆CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端,最高可達(dá)1280kHz◆REF(+)和REF(-)為基準(zhǔn)電壓輸入端,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值。通常REF(+)和電源Vcc一起接基準(zhǔn)電壓,REF(-)接地端GND13◆轉(zhuǎn)換時(shí)序14單片A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口MCS-51系列單片機(jī)和ADC0809的接口15◆單片機(jī)的端口0作為復(fù)用數(shù)據(jù)總線,與ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端相連◆單片機(jī)的低3位數(shù)據(jù)線(選通abc)用于選擇8路模擬量輸入◆ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)CLK由單片機(jī)的ALE信號(hào)提供◆轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)START和8路模擬輸入開關(guān)的地址鎖存允許信號(hào)ALE由單片機(jī)的寫信號(hào)WR及地址譯碼輸出信號(hào)邏輯提供。◆本接口用P2.7作I/O地址選擇信號(hào),相當(dāng)于用ADC0809的片選信號(hào)作啟動(dòng)信號(hào),其地址為7FFFH16◆轉(zhuǎn)換開始時(shí),EOC端降為低電平,當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,EOC升為高電平。本電路用中斷方式通知單片機(jī)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。也可采用查詢方式和等待方式,但這兩種方式單片機(jī)的利用率低?!魧?duì)本接口電路可編出相應(yīng)的程序。在主程序中要對(duì)外部中斷進(jìn)行預(yù)置,然后啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。設(shè)由IN0路開始,8路模擬量輪流輸入。轉(zhuǎn)換結(jié)束后,轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序,把轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入8031的累加器,并存入相應(yīng)緩沖存儲(chǔ)單元50H~57H,再由主程序進(jìn)行處理17◆轉(zhuǎn)換程序如下:
ORG 2000H SETB IT0 ;外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式SETB EA ;總中斷開放SETB EX0 ;開外中斷0MOV DPTR,#7FFFH;ADC0809口地址MOV R0,#50H;R0作存數(shù)緩沖器指針MOV R1,#00H;R1作通道數(shù)指針MOV A,R1;從IN0路開始MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換……;繼續(xù)主程序,等待中斷18◆中斷子程序:ORG 0003H ;外中斷0的入口地址AJMP RDDAT;轉(zhuǎn)移至讀入數(shù)據(jù)處RDDAT:MOVX A,@DPTR ;讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOV@R0,A ;存入緩沖器INCR0;增量緩沖器指針I(yè)NCR1;指向下一通道REP:MOVA,R1;MOVX @DPTR,A ;啟動(dòng)下一路轉(zhuǎn)換CJNEA,#07H,RMP0;所有路都轉(zhuǎn)換過嗎?MOVR1,#00H;是,重新從IN0路開始SJMPREPREMP0:RETi;否,中斷返回19模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)(AI)濾波?、放大?20設(shè)計(jì)模擬量輸入通道應(yīng)注意的問題:1模擬量輸入通道數(shù)和數(shù)據(jù)吞吐率2分辨率和精度3每個(gè)通道的采樣頻率4信號(hào)修整要求比例變換。。。。21作用在A/D輸入端的干擾常態(tài)干擾指疊加在被測(cè)信號(hào)上的高頻噪聲信號(hào),又稱為串模干擾。22共態(tài)干擾指因模擬地和數(shù)字地之間存在電位差而引入的直流或交流干擾信號(hào)。23這種總是以常態(tài)干擾的形式作用于信號(hào)輸入端上的干擾,稱為共模干擾。共模抑制比:CMRRP37共態(tài)干擾電壓共態(tài)干擾電壓轉(zhuǎn)換的常態(tài)干擾電壓CommonModeRejectionRatio24如何提高CMRR(1)提高共態(tài)干擾各電流回路阻抗以減小共模電壓25(2)光電隔離器切斷共態(tài)干擾電流回路26THEEND27過程通道的抗干擾措施干擾的來源◆從系統(tǒng)電源或電源引線(包括地線)侵入的干擾◆從系統(tǒng)的信號(hào)輸入輸出傳輸通道引入的干擾◆空間電磁干擾◆靜電噪聲◆其它環(huán)境因素引起的干擾28過程通道的抗干擾措施(2)干擾的分類◆不論什么樣的干擾源,對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾總是通過傳導(dǎo)和直接輻射兩種途徑進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的,其耦合的方式有靜電耦合、互感耦合、共阻抗耦合、電磁場(chǎng)輻射耦合等◆按干擾的作用方式不同,可以分為常態(tài)和共態(tài)干擾兩種29過程通道的抗干擾措施(3)◆常態(tài)干擾:疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲,又稱為串模干擾3031過程通道的抗干擾措施(4)◆共態(tài)干擾:A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓,又稱為共模干擾32過程通道的抗干擾措施(4)常態(tài)干擾的抑制◆若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高,則采用輸入低通濾波器來抑制高頻常態(tài)干擾;若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低,則采用輸入高通濾波器來抑制低頻常態(tài)干擾;若常態(tài)干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè),則應(yīng)用帶通濾波器較為適宜
33過程通道的抗干擾措施(6)◆當(dāng)尖峰型常態(tài)干擾成為主要干擾源時(shí),用雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱常態(tài)干擾的影響(輸入信號(hào)的平均值,非瞬時(shí)值)◆在常態(tài)干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下,對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大,或者盡可能早地完成A/D變換或采取隔離和屏蔽等措施◆從選擇邏輯器件入手,利用邏輯器件的特性來抑制常態(tài)干擾34過程通道的抗干擾措施(7)◆若常態(tài)干擾的變化速度與被測(cè)信號(hào)相當(dāng),則可采取下述方法:—從根本上消除產(chǎn)生常態(tài)干擾的原因,對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行良好的電磁屏蔽—利用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)已進(jìn)入計(jì)算機(jī)的帶有常態(tài)干擾的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理35過程通道的抗干擾措施(8)共模干擾的抑制◆為了衡量一個(gè)輸入電路抑制干擾的能力,常用共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRate)來表示:
式中是共模干擾電壓,是由轉(zhuǎn)化成的常態(tài)干擾電壓。CMRR越大,表明抗共模干擾能力越強(qiáng)。36過程通道的抗干擾措施(9)◆利用雙端輸入的運(yùn)算放大器作為A/D轉(zhuǎn)換器前面的前置放大器
37過程通道的抗干擾措施(10)
◆
利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信息源隔離開來,也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開
★光電耦合器能隔離干擾的原因—輸入阻抗?。?k以下—干擾形式一般為大電壓、小電流,而光電耦輸入發(fā)光管在電流狀態(tài)下工作,故可被抑制—光耦在封閉狀態(tài)下工作—輸入回路與輸出回路之間分布電容小,而絕緣電阻大38過程通道的抗干擾措施(11)◆采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾
工作原理?39過程通道的抗干擾措施(12)◆用儀表放大器提高共模干擾抑制比
—儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等特點(diǎn),是一種專門用來分離共模干擾器件40過程通道的抗干擾措施(13)其它干擾措施
◆采用雙絞線傳輸信號(hào)—與同軸電纜相比,雙絞線頻帶窄而波阻高,抗共模噪聲能力強(qiáng)
41過程通道的抗干擾措施(14)◆對(duì)來自電源或由電源回路產(chǎn)生的干擾的處理措施:—在邏輯電路板上的電源線與地線的布線盡可能短,防止布成回路型或菊花鏈環(huán)狀型—在每一塊集成電路芯片的電源與地引入端接一個(gè)無感的瓷片電容器,其容量一般為0.01~0.1μF—若一個(gè)裝置中有多塊邏輯電路板,則一般在電源和地線的引入處附近并接一個(gè)10~100μF的大電容和一個(gè)0.01~0.1μF的無感瓷片電容—防止驅(qū)動(dòng)器通過邏輯電路板的電源線和地線引入干擾42過程通道的抗干擾措施(15)◆對(duì)輸出電路干擾采取的措施:少見,但
★
把同一類型的所有輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出線以及交流、直流供電線等聚集在一起,套以獨(dú)立的鐵殼屏蔽管,并遠(yuǎn)離其它類型的輸入輸出等信號(hào)線
43過
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