---输入输出接口和输入输出通道-2-5课件

第六节第六节 A/D转换器转换器 2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 2.6.2 A/D转换器的性能指标转换器的性能指标 2.6.3 典型的典型的A/D转换芯片转换芯片ADC0809 2.6.4 A/DA/D转换器与系统的连接及举例转换器与系统的连接及举例转换器与系统的连接及举例转换器与系统的连接及举例返回本章首页 计数式计数式A/D转换器转换器组成：计数器、组成：计数器、D/A转换器及比较器转换器及比较器计计数数器器-+A1D/A数字输出时钟启动比较器转换结束UiU0 双积分式双积分式A/D转换器转换器组成：组成：积分器、比较器、计数器、标准电压源积分器、比较器、计数器、标准电压源模拟输入标准电压时钟控制逻辑计数器积分器比较器 双积分式双积分式A/D转换器转换器0积分输出AB频率固定T1T2固定积分时间2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 逐逐次次逼逼近近式式A/D转转换换器器是是一一种种采采用用对对半半搜搜索索原原理理来来实实现现A/D转换的方法，逻辑框图如图转换的方法，逻辑框图如图2-17所示。所示。返回本节 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器举例：有四位举例：有四位A/D转换器，满刻度值转换器，满刻度值5V，现若输入现若输入3.5V模拟电压，试分析其逐次逼模拟电压，试分析其逐次逼近的转换过程。近的转换过程。量化单位量化单位 q=0.3125V5V245V16表表2-13 四位四位A/D转换器转换过程表转换器转换过程表SAR内容8 4 2 1步骤转换后的电压U0（V）1234结果1 0 0 01 1 0 01 0 1 01 0 1 11 0 1 1 2.5 Ui U0 保留 3.75 Ui U0 保留3.4375 Ui U0 保留误差3.53.4375=0.0625V2.6.2主要技术参数主要技术参数:1.分辨率分辨率表表示示能能够够转转换换成成二二进进制制数数的的位位数数。如如一一个个10位位A/D转转换换器器，转转换换一一个个满满量量程程为为5V的的电电压压，则则它它能能分分辨辨的的最最小电压为小电压为这这表表明明若若模模拟拟输输入入值值的的变变化化小小于于5mV，则则A/D转转换换器器没没反反应应，输输出出保保持持不不变变。同同样样5V电电压压，若若采采用用12位位A/D转换器，则能分辨的最小电压为转换器，则能分辨的最小电压为可可见见A/D转转换换器器的的数数字字量量输输出出位位数数越越多多，其其分分辨辨率率就就越高。越高。2 转换时间转换时间 指指从从启启动动A/D到到转转换换结结束束，得得到到稳稳定定的的数数字字输输出出量量为为止止的的时时间间。转转换换时时间间，一一般般是是几几s几几百百ms。应应该该按照实际应用的需要和成本来确定这一项参数的选择。按照实际应用的需要和成本来确定这一项参数的选择。3 转换精度转换精度 指指转转换换后后所所得得结结果果相相对对于于实实际际值值的的准准确确度度，包包括括绝绝对对精精度度和和相相对对精精度度。绝绝对对精精度度常常用用数数字字量量的的位位数数表表示示；相相对对精精度度用用相相对对于于满满量量程程的的百百分分比比表表示示。如如满满量量成成为为10V的的8位位A/D转换器，绝对精度为：转换器，绝对精度为：相对转换精度为：相对转换精度为：4 量程量程 所能转换的电压范围，如所能转换的电压范围，如5V、10V。5 工作温度范围工作温度范围 较好的较好的A/D 的工作温度为的工作温度为-4085度，较差度，较差的为的为070度。度。八八通通道道多多路路转转换换开开关关模拟量输入地址锁存器地址锁存器和译码器和译码器三-八译码器地址锁存允许ALE+-比较器控制控制逻辑逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR开关树组开关树组256R电阻分压器电阻分压器输出缓冲锁存器输出缓冲锁存器（三态）（三态）D/AVREF（-）VREF（+）GNDVCCSTARTCLOCKEOC转换结束（中断）八位输出ABCU0Ui2.6.3 8位位A/D转换器转换器ADC0808/08098位位A/D转换器转换器ADC0808/08098通道通道8位位A/D转换器，转换器，8位分辨率，内部位分辨率，内部8位模拟开关位模拟开关转换时间为转换时间为100 s带带输出锁存输出锁存逐次逼近式逐次逼近式精度精度ADC0808为为 1/2 LSB，ADC08091LSB逻辑电平与逻辑电平与TTL兼容兼容2.引脚结构引脚结构ADC0809采采用用双双列列直直插插式式封封装装，共共有有28条条引引脚脚。其引脚结构如图其引脚结构如图2-69所示。所示。图图2-69 ADC0809引脚图引脚图引脚结构引脚结构（1）IN7IN0：8条模拟条模拟量输入通道量输入通道（2）地址输入和控制线：）地址输入和控制线：4条条（3）数字量输出及控制）数字量输出及控制线：线：11条条（4）电源线及其他：）电源线及其他：5条条 ADC0808/0809的外引脚及功能的外引脚及功能IN0 IN7 8个模拟量输入端个模拟量输入端START 启动启动A/D转换器转换器EOC 转换结束信号，正脉冲转换结束信号，正脉冲OE 输出允许信号，输出允许信号，当当OE为为1时，允许从时，允许从A/D转换转换器的锁存器中读取数字量。器的锁存器中读取数字量。CLOCK 时钟信号时钟信号ALE 地址锁存允许，当地址锁存允许，当ALE为为1时允许时允许C、B、A所所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入A/D转换器。转换器。ADDA、ADDB、ADDC 通道号端子，通道号端子，C为最高位，为最高位，A为最低位。为最低位。D0 D7 数字量输出端数字量输出端VREF（+）、VREF（）（）参考电压端子参考电压端子表表2-1 被选通道和地址的关系被选通道和地址的关系返回本节2.6.4 A/D转换器与系统的连接及举例转换器与系统的连接及举例（一）与系统的连接信号（一）与系统的连接信号（二）（二）A/D转换器与系统连接举例转换器与系统连接举例（一）与系统的连接信号（一）与系统的连接信号A/D转换器对外的连接信号的种类转换器对外的连接信号的种类:1.输入模拟电压的连接输入模拟电压的连接2.数据输出和系统总线的连接数据输出和系统总线的连接3.A/D转换启动信号转换启动信号4.转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号及转换数据的读取1.输入模拟电压的连接输入模拟电压的连接输入电压：输入电压：1.单端输入单端输入VREF（+）=5V，VREF（）（）=0V 2.双端差动输入双端差动输入VREF（+）、VREF（）（）接接参考电压参考电压ADC0808/0809接接8路模拟输入路模拟输入 1.接成单端、单极性输入接成单端、单极性输入 2.接成双极性输入接成双极性输入AD574是单端输入模拟电压是单端输入模拟电压 1.接成单端、单极性输入接成单端、单极性输入 2.接成双极性输入接成双极性输入2.数据输出和系统总线的连接数据输出和系统总线的连接数据输出有两种：数据输出有两种：1.A/D芯片内部带有三态输出门，其数据输出线芯片内部带有三态输出门，其数据输出线可以直接挂到系统数据总线上（如可以直接挂到系统数据总线上（如ADC0804、ADC0808/0809）2.A/D芯片内部不带有三态输出门，或虽有三态输芯片内部不带有三态输出门，或虽有三态输出门，但它不受外部信号控制，而是当转换结束时出门，但它不受外部信号控制，而是当转换结束时自动开门的，如自动开门的，如AD570，其数据输出线不可以直接其数据输出线不可以直接挂到系统数据总线上，而应加挂到系统数据总线上，而应加输入缓冲器输入缓冲器（74LS244）或通过并行或通过并行I/O接口的输入端口，才能接口的输入端口，才能和系统总线相连和系统总线相连3.A/D转换启动信号转换启动信号1.启动转换信号有两种：启动转换信号有两种：电平启动：电平启动：AD570、AD571、AD572 在整个在整个A/D转换期间，启动电平不能撤消转换期间，启动电平不能撤消2.脉冲启动：脉冲启动：ADC0804、ADC0808/0809、AD574 ADC0808/0809：START上升沿上升沿 AD574：R/C、A04.转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号有两种：转换结束信号有两种：1.电平信号：电平信号：2.脉冲信号：脉冲信号：ADC0808/0809的结束信号为的结束信号为EOC上升沿上升沿 AD574的结束信号为的结束信号为SYS=0CPU检测到结束信号有三种方式实现数据的读取：检测到结束信号有三种方式实现数据的读取：1.程序查询方式程序查询方式 2.中断方式中断方式 3.固定的延时程序方式固定的延时程序方式（二）（二）A/D转换器与系统连接举例转换器与系统连接举例1.8位位A/D转换器转换器ADC0808/0809和和CPU的连接的连接设指定设指定8路模拟电压输入端口地址为路模拟电压输入端口地址为78H7FH。转。转换结束信号以中断方式与换结束信号以中断方式与CPU联络。采用联络。采用74LS138做输入通道地址译码器。做输入通道地址译码器。驱驱 动动 程程 序序CONTV1：MOV AL，00H OUT 78H，AL；：后续程序后续程序CONTV7：MOV AL，00H OUT 7FH，AL；：后续程序后续程序M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A0 0 1 1 1 1 0 0 0M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A0 0 1 1 1 1 1 1 1补充补充 12位位A/D转换器转换器AD57412位位A/D转换器，转换器，12位分辨率位分辨率逐次逼近式逐次逼近式转换时间为转换时间为15 35 s带带输出锁存输出锁存误差为误差为 LSB高速输出开关电路高速输出开关电路1.AD574的电路组成的电路组成+15V2.AD574引脚功能说明引脚功能说明DB0DB11 12位数据输出，分三组，均带三态位数据输出，分三组，均带三态输出缓冲器输出缓冲器VLOGIC 逻辑电源逻辑电源+5V（4.55.5)VCC 正电源正电源+15V（+13.5+16.5)VEE 负电源负电源15V（13.5 16.5)AGND、DGND 模拟、数字地模拟、数字地CE 片允许信号，片允许信号，CS 片选择信号片选择信号R/C 读读/转换信号转换信号CE=1、CS=0、R/C=0时，转换开始，启动负脉冲时，转换开始，启动负脉冲 CE=1、CS=0、R/C=1时，允许读数据时，允许读数据A0 转换和读字节选择信号转换和读字节选择信号 CE=1、CS=0、R/C=0、A0=0，启动按启动按12位转换；位转换；CE=1、CS=0、R/C=0、A0=1，启动按启动按8位转换；位转换；CE=1、CS=0、R/C=1、A0=0，读取转换后高读取转换后高8位数据；位数据；CE=1、CS=0、R/C=1、A0=1，读取转换后的低读取转换后的低4位数据；位数据；12/8 输出数据形式选择信号输出数据形式选择信号12/8端接端接PIN1（VLOGIC）时，数据按时，数据按12位形式输出位形式输出12/8端接端接PIN15（DGND）时，数据按双时，数据按双8位形式输出位形式输出 STS 转换状态信号。转换开始转换状态信号。转换开始STS=1，转换结束转换结束STS=010VIN 模拟信号输入，单极性模拟信号输入，单极性010V，双双极性极性5V20VIN 模拟信号输入，单极性模拟信号输入，单极性010V，双极性双极性5VREF IN 参考输入参考输入REF OUT 参考输出参考输出BIP OFF 双极性偏置双极性偏置单极性输入电路单极性输入电路AD57412/8CSA0R/CCEREF INREF OUTBIP OFF10VIN20VINAGND模拟输入0+10V0+20V100k100k100100+15V15VSTS高位高位中位中位低位低位+5V+15V15VDGNDDB11DB8DB7DB4DB3DB0双极性输入电路双极性输入电路AD57412/8CSA0R/CCEREF INREF OUTBIP OFF10VIN20VINAGND模拟输入5V10V100100STS高位高位中位中位低位低位+5V+15V15VDGNDDB11DB8DB7DB4DB3DB02.12位位A/D转换器转换器AD574与外部的连接与外部的连接REF INREF OUTBIP OFFDB11DB8DB4DB0输入模拟电压12/8 DGND74LS0474LS138CPU8086AD574D7D6D5D4D3D2D1D0译码器A7A1A0RDM/IOR/CCSA0SYSAGND 74110010050k10k+5V+12V-12V10VIN20VINCEVLOGICVCCVEE161地址接8255A-5V+5V驱驱 动动 程程 序序 OUT ADPORT，ALWAIT：IN AL，PA MOV CL，03 RCR AL，CL JC WAIT1 IN AL，ADPORT MOV AH，AL IN AL，ADPORT+1 后续程序后续程序第七节第七节 I/O通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施一、串模干扰及其抑制方法一、串模干扰及其抑制方法串模干扰：叠加在被测信号上的干扰信号串模干扰：叠加在被测信号上的干扰信号产生原因：分布电容的静电耦合、长线传输的互感、产生原因：分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合、空间电磁场引起的磁场耦合、50Hz的工频干扰等的工频干扰等抑制措施：抑制措施：1.加输入滤波器加输入滤波器2.采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备3.在靠近传感器位置将被测信号进行前置放大，从而提高回路在靠近传感器位置将被测信号进行前置放大，从而提高回路的信号噪声比。提高阀值电平可抑制低噪声干扰。采用低速逻的信号噪声比。提高阀值电平可抑制低噪声干扰。采用低速逻辑器件或加电容器降低速度，可抑制高频干扰。辑器件或加电容器降低速度，可抑制高频干扰。4.采用数字滤波技术。（平均值法、中值法、一阶滤波法等）采用数字滤波技术。（平均值法、中值法、一阶滤波法等）二、共模干扰及其抑制方法二、共模干扰及其抑制方法 共模干扰：同时加到计算机控制系统（如共模干扰：同时加到计算机控制系统（如A/D转转换器）两个输入端上的公有的干扰信号换器）两个输入端上的公有的干扰信号产生原因：被测信号端与主机的地线之间存在一产生原因：被测信号端与主机的地线之间存在一定的电位差定的电位差抑制措施：抑制措施：1.采用共模抑制比高的、双端输入的运算放大器采用共模抑制比高的、双端输入的运算放大器作被测信号的前置放大器，可将有用的测量信号作被测信号的前置放大器，可将有用的测量信号放大，使干扰信号受到抑制。放大，使干扰信号受到抑制。2.采用光耦合或隔离变压器把各种模拟负载和数采用光耦合或隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开字信号源隔离开3.采用隔离放大器采用隔离放大器