ADCAI和抗干扰措施ppt课件

P1o过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）微机控制系统组成框图P1过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接P2o8位AD转换器ADC0809 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器 转换时间100us,总的不可调误差为1LSB 可直接与微机相连，不需另加接口逻辑 输入、输出引脚电平与TTL电路兼容 当模拟电压范围为05v时可使用单一的5v电源 一般不需要调零和增益校准ADC0809P28位AD转换器ADC0809ADC0809P3单片A/D转换器及其与微处理器的接口 ADC0809引脚结构：引脚结构：采用双列采用双列直插式封装，共有直插式封装，共有28条引脚条引脚 8条模拟量输入通道条模拟量输入通道 地址输入和控制线地址输入和控制线4条条(A,B,C,ALE)数字量输出及控制线数字量输出及控制线11条条 电源线及电源线及CLOCK：5条条 P3单片A/D转换器及其与微处理器的接口 ADC0809P4ADC0809的内部逻辑结构图 P4ADC0809的内部逻辑结构图 P5ADC0809主要信号引脚的功能说明 oIN7IN0模拟量输入通道模拟量输入通道 oALE地址锁存允许信号。对应地址锁存允许信号。对应ALE上跳上跳沿，沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。地址状态送入地址锁存器中。oSTART转换启动信号。转换启动信号。START上升沿上升沿时，复位时，复位ADC0809；START下降沿时启下降沿时启动芯片，开始进行动芯片，开始进行A/D转换；在转换；在A/D转换转换期间，期间，START应保持应保持 低电平。本信号有时低电平。本信号有时简写为简写为ST.P5ADC0809主要信号引脚的功能说明 IN7IN0P6oA、B、C地址线。地址线。通道端口选择线，通道端口选择线，A为低地址，为低地址，C为高地址为高地址，引脚图中为，引脚图中为ADDA，ADDB和和ADDC。oCLK时钟信号。时钟信号。ADC0809的内部没有的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号的时钟信号P6A、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为P7oEOC转换结束信号。转换结束信号。EOC=0,正在进正在进行转换；行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。断请求信号使用。oD7D0数据输出线。为三态缓冲输出数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，为最低位，D7为最高为最高 P7EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOCP8OE输出允许信号。用于控制三态输出锁输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得，输出转换得到的数据。到的数据。P8OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出P9oVcc+5V电源。电源。oVref参考电源参考电压用来与输入的模参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为典型值为+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).P9Vcc+5V电源。P10 输入通道选通地址表输入通道选通地址表P10 输入通道选通地址表P11 ALE是地址锁存选通信号，该信号上升沿把地址状是地址锁存选通信号，该信号上升沿把地址状态选通入地址锁存器。也可以作为开始转换的启动态选通入地址锁存器。也可以作为开始转换的启动信号信号 START为启动转换脉冲输入端，其上跳变复位转换为启动转换脉冲输入端，其上跳变复位转换器，下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。器，下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。当当START与与EOC端短接时，实现自动连续转换端短接时，实现自动连续转换P11 ALE是地址锁存选通信号，该信号上升沿把地址状态P12 EOC为转换结束信号，从为转换结束信号，从START信号上升沿开始经信号上升沿开始经8个时钟个时钟周期后周期后由高电平变为低电平。该信号也可作为中断请求信号由高电平变为低电平。该信号也可作为中断请求信号 CLK为时钟信号输入端，最高可达为时钟信号输入端，最高可达1280kHz REF(+)和和REF()为基准电压输入端，它们决定了输入模为基准电压输入端，它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值。通常拟电压的最大值和最小值。通常REF(+)和电源和电源Vcc一起接一起接基准电压，基准电压，REF()接地端接地端GNDP12 EOC为转换结束信号，从START信号上升沿开始P13 转换时序P13 转换时序P14单片单片A/D转换器与微处理器的接口转换器与微处理器的接口oMCS-51系列单片机和ADC0809的接口P14单片A/D转换器与微处理器的接口MCS-51系列单片机P15 单片机的端口0作为复用数据总线，与ADC0809的数据输出端 相连 单片机的低3位数据线(选通abc)用于选择8路模拟量输入 ADC0809的时钟信号CLK由单片机的ALE信号提供 转换的启动信号START和8路模拟输入开关的地址锁存允许信号ALE由单片机的写信号WR及地址译码输出信号逻辑提供。本接口用P2.7作 I/O 地址选择信号，相当于用ADC0809的片选信号作启动信号，其地址为7FFFHP15 单片机的端口0作为复用数据总线，与ADC0809的P16 转换开始时，EOC端降为低电平，当转换结束后，EOC升为高电平。本电路用中断方式通知单片机转换已经结束。也可采用查询方式和等待方式，但这两种方式单片机的利用率低。对本接口电路可编出相应的程序。在主程序中要对 外部中断进行预置，然后启动ADC0809进行A/D转换。设由IN0路开始，8路模拟量轮流输入。转换结束后，转入中断服务子程序，把转换结果读入8031的累加器，并存入相应缓冲存储单元50H57H，再由主程序进行处理P16 转换开始时，EOC端降为低电平，当转换结束后，EP17 转换程序如下：ORG2000H SETB IT0；外中断请求信号为下跳沿触发方式 SETBEA；总中断开放 SETBEX0；开外中断0 MOVDPTR，#7FFFH ；ADC0809口地址 MOVR0，#50H ；R0作存数缓冲器指针 MOVR1，#00H ；R1作通道数指针 MOVA，R1 ；从IN0路开始 MOVX DPTR，A；启动A/D转换 ；继续主程序，等待中断 P17 转换程序如下：P18 中断子程序：ORG0003H ；外中断0的入口地址 AJMPRDDAT；转移至读入数据处RDDAT：MOVXA，DPTR；读取A/D转换数据 MOV R0，A；存入缓冲器 INC R0；增量缓冲器指针 INC R1；指向下一通道REP：MOV A，R1；MOVXDPTR，A；启动下一路转换 CJNE A，#07H，RMP0；所有路都转换过吗？MOV R1，#00H；是，重新从IN0路开始 SJMP REPREMP0：RETi ；否，中断返回P18 中断子程序：P19模拟量输入通道的一般结构（模拟量输入通道的一般结构（AI）滤波？、放大滤波？、放大？P19模拟量输入通道的一般结构（AI）滤波？、放大？P20设计模拟量输入通道应注意的问题：设计模拟量输入通道应注意的问题：o1 模拟量输入通道数和数据吞吐率模拟量输入通道数和数据吞吐率o2 分辨率和精度分辨率和精度o3 每个通道的采样频率每个通道的采样频率o4 信号修整要求信号修整要求n比例变换比例变换n。P20设计模拟量输入通道应注意的问题：1 模拟量输入通道数和P21作用在作用在A/D输入端的干扰输入端的干扰o常态干扰常态干扰n指叠加在被测信号上的指叠加在被测信号上的高频噪声高频噪声信号，又称为信号，又称为串模干扰。串模干扰。P21作用在A/D输入端的干扰常态干扰P22o共态干扰共态干扰n指因指因模拟地和数字地模拟地和数字地之间存在电位差而引入的之间存在电位差而引入的直流或交流干扰信号。直流或交流干扰信号。P22共态干扰P23o这种总是以常态干扰的形式作用于信号输入端上的干扰，称为共模干扰。o共模抑制比：CMRR P37共态干扰电压共态干扰电压转换的常态干扰电压Common Mode Rejection Ratio P23这种总是以常态干扰的形式作用于信号输入端上的干扰，称为P24如何提高CMRRo（1）提高共态干扰各电流回路阻抗以减小共模电压P24如何提高CMRR（1）提高共态干扰各电流回路阻抗以减小P25o（2）光电隔离器切断共态干扰电流回路P25（2）光电隔离器切断共态干扰电流回路P26oTHE ENDP26THE ENDP27过程通道的抗干扰措施o干扰的来源 从系统电源或电源引线（包括地线）侵入的干扰 从系统的信号输入输出传输通道引入的干扰 空间电磁干扰 静电噪声 其它环境因素引起的干扰P27过程通道的抗干扰措施干扰的来源P28过程通道的抗干扰措施（2）o干扰的分类 不论什么样的干扰源，对计算机的干扰总是通过传导和直接辐射两种途径进入计算机控制系统的，其耦合的方式有静电耦合、互感耦合、共阻抗耦合、电磁场辐射耦合等 按干扰的作用方式不同，可以分为常态和共态干扰两种P28过程通道的抗干扰措施（2）干扰的分类P29过程通道的抗干扰措施（3）常态干扰：叠加在被测信号上的干扰噪声，又称为串模干扰P29过程通道的抗干扰措施（3）常态干扰：叠加在被测信P30P30P31过程通道的抗干扰措施（4）共态干扰：A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压，又称为共模干扰 P31过程通道的抗干扰措施（4）共态干扰：A/D转换器两P32过程通道的抗干扰措施（4）o常态干扰的抑制 若常态干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频常态干扰；若常态干扰频率比被测信号频率低，则采用输入高通滤波器来抑制低频常态干扰；若常态干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器较为适宜 P32过程通道的抗干扰措施（4）常态干扰的抑制P33过程通道的抗干扰措施（6）当尖峰型常态干扰成为主要干扰源时，用双斜率积分式A/D转换器可以削弱常态干扰的影响 (输入信号的平均值,非瞬时值)在常态干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，或者尽可能早地完成A/D变换或采取隔离和屏蔽等措施 从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制常态干扰P33过程通道的抗干扰措施（6）当尖峰型常态干扰成为主要P34过程通道的抗干扰措施（7）若常态干扰的变化速度与被测信号相当，则可采取下述方法：从根本上消除产生常态干扰的原因，对测量仪表进行良好的电磁屏蔽 利用数字滤波技术对已进入计算机的带有常态干扰的数据进行处理P34过程通道的抗干扰措施（7）若常态干扰的变化速度与被P35过程通道的抗干扰措施（8）o共模干扰的抑制 为了衡量一个输入电路抑制干扰的能力，常用共模抑制比CMRR（Common Mode Rejection Rate）来表示：式中 是共模干扰电压，是由 转化成的常态干扰电压。CMRR越大，表明抗共模干扰能力越强。P35过程通道的抗干扰措施（8）共模干扰的抑制P36过程通道的抗干扰措施（9）利用双端输入的运算放大器作为A/D转换器前面的前置放大器 P36过程通道的抗干扰措施（9）利用双端输入的运P37过程通道的抗干扰措施（10）利用变压器或光电耦合器把各种模拟负载与数字信息源隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开 光电耦合器能隔离干扰的原因 输入阻抗小：1k以下 干扰形式一般为大电压、小电流，而光电耦输入 发光管在电流状态下工作，故可被抑制 光耦在封闭状态下工作 输入回路与输出回路之间分布电容小，而绝缘电阻大P37过程通道的抗干扰措施（10）利用变压器或P38过程通道的抗干扰措施（11）采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰 工作原理?P38过程通道的抗干扰措施（11）采用浮地输入双层屏蔽放P39过程通道的抗干扰措施（12）用仪表放大器提高共模干扰抑制比 仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等特点,是一种专门用来分离共模干扰器件P39过程通道的抗干扰措施（12）用仪表放大器提高共模干P40过程通道的抗干扰措施（13）o其它干扰措施 采用双绞线传输信号 与同轴电缆相比，双绞线频带窄而波阻高，抗共模噪声能力强 P40过程通道的抗干扰措施（13）其它干扰措施P41过程通道的抗干扰措施（14）对来自电源或由电源回路产生的干扰的处理措施：在逻辑电路板上的电源线与地线的布线尽可能短，防止布成回路型或菊花链环状型 在每一块集成电路芯片的电源与地引入端接一个无感的瓷片电容器，其容量一般为0.010.1F 若一个装置中有多块逻辑电路板，则一般在电源和地线的引入处附近并接一个10100F的大电容和一个0.010.1 F的无感瓷片电容 防止驱动器通过逻辑电路板的电源线和地线引入干扰P41过程通道的抗干扰措施（14）对来自电源或由电源回P42过程通道的抗干扰措施（15）对输出电路干扰采取的措施：少见,但 把同一类型的所有输出驱动器的输出线以及交流、直流供电线等聚集在一起，套以独立的铁壳屏蔽管，并远离其它类型的输入输出等信号线 P42过程通道的抗干扰措施（15）对输出电路干扰采取的P43过程通道的抗干扰措施（16）对直流输出驱动器来说，大电流直流信号应采用外接线，有时还用独立的直流电源来提供电流P43过程通道的抗干扰措施（16）对直流输出驱动P44过程通道的抗干扰措施（17）采用能抑制交流电源干扰的计算机系统电源P44过程通道的抗干扰措施（17）采用能抑制交流电源干扰P45过程通道的抗干扰措施（18）采用公共接地点SGPP45过程通道的抗干扰措施（18）采用公共接地点SGPP46过程通道的抗干扰措施（19）当计算机现场的强电设备较多时，采用三相隔离变压器来减小外来的电网干扰P46过程通道的抗干扰措施（19）当计算机现场的强电设P47过程通道的抗干扰措施（20）采用软件的抗干扰技术：看门狗（Watchdog）P47过程通道的抗干扰措施（20）采用软件的抗干扰技术：