AD转换器及其接口技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.2 A/D转换器及其接口技术,定义：A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。,常用A/D转换方式：,1逐次逼近式A/D,2双斜积分式A/D,3电压/频率式A/D,：简称V/F转换器，是把模拟电压信号转换成频率信号的器件。,逐次逼近型：转换时间短，抗扰性差（电压比较）ADC0809（8位），AD574（12位,）。,双斜积分型：转换时间长，抗扰性好（积分）,MC14433（11位,），ICL7135（14位）。,V/F转换器：转换时间长，具有输出连续跟踪输入,线性度好的特点,抗扰性好（开关量输入）。LM331，AD652。,A/D转换器的主要技术指标：,转换时间,：,指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。,积分型：毫秒级；逐次比较：微秒级；全并行：纳秒级。,分辨率,：,通常用数字量的位数n(字长)来表示，如8位、12位、16位等。,LSB（最低有效位）满量程的1/2,n,线性误差,：,理想转换特性(量化特性)应该是线性的，但实际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为,线性误差,。线性误差常用LSB的分数表示，如(1/2)LSB或1LSB。,量程,：,即所能转换的输入电压范围，如-5V+5V,010V，05V等。,对基准电源的要求,：,基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响。故在设计时，应考虑是否要外接精密基准电源。,2.2.1 A/D转换器,逐次比较式A/D转换器组成及原理,一个,n,位A/D转换器是由,n,位寄存器、,n,位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。,（介绍转换原理）,一个,n,位A/D转换器的模数转换表达式是,式中 n n位A/D转换器；,VR+、VR,-,基准电压源的正、负输入；,VIN要转换的输入模拟量；,B转换后的输出数字量。,即当基准电压源确定之后，n位A/D转换器的输出数字量B与要转换的输入模拟量VIN呈正比。,例题：一个8位A/D转换器，设,V,R+=5.02 V，,V,R,=0 V，计算当,V,IN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。,解：把已知数代入公式,0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。,此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位单路AD574A、ADC803等。,1、8,位,A/D,转换器,ADC0809,带,8,通道模拟开关的,8,位逐次逼近,A/D,转换器,开关树与256R T型电阻网络合起来为DAC。SAR逐次逼近寄存器。,主要技术指标：,转换时间：,100,s,线性误差：,1/2LSB,分辨率：,8,位,当模拟量输入电压范围,0-5V,时，可使用单一的,5V,电源,温度范围：,40-+85,可直接与,CPU,连接，不需另加接口逻辑,内部带,8,路模拟开关，可接入,8,路模拟信号，输出带锁存器,逻辑电平与,TTL,兼容,引脚及功能,Vin0-Vin7,：,8,个模拟量输入端；,START,：启动,A/D,转换信号，下降沿 开始,A/D,转换；,EOC,：转换结束信号，当,A/D,转换结束后，发出一个正脉冲，表示,A/D,转换结束。用作,A/D,转换结束的检测信号；,OE,：输出允许信号，高电平有效。此信号有效，允许从,A/D,转换器的锁存器中读取数字量；,CLOCK,：时钟输入，,转换时间为,64,个时钟周期。当,f,500KHZ,，,T=128s,；当,f,640KHZ,，,T=100s,；,ALE,：地址所存允许，高电平有效。,ALE,高电平允许,C,、,B,、,A,选择的通道被选中，该通道的模拟量接入,A/D,转换器；,C,、,B,、,A,：通道信号选择端子，,C,为最高位，,A,为最低位；,DO7-DO0,：数字量输出端；,Vref,+,，,Vref,-,：参考电压；单极性输入时，,Vref,+,5v,，,Vref,-,0v,；,Vcc,:,电源，,GND:,地,逻辑组成：,(1)8通模拟开关及通道选择逻辑,该部分的功能是实现8选1操作，通道选择信号C、B、A，在ALE的作用下送入通道选择逻辑。,注意：转换时序。,(2)8位A/D转换器,在START上收到一个启动转换命令(正脉冲)后开始转换，100s左右(64个时钟周期)后转换结束(相应的时钟频率为640KHZ)。转换结束时，EOC信号由低电平变为高电平，通知CPU读结果。通过查询或中断方式读取。,(3)三态输出锁存缓冲器,用于存放转换结果D，输出允许信号OE为高电平时，D由DO7DO0上输出；OE为低电平输入时，数据输出线DO7DO0为高阻态。,8,通道模拟开关及通道选择,该部分的功能是实现,8,选,1,操作，由通道选择信号,C,、,B,、,A,，在,地址锁存信号,ALE,的作用下送入通道选择逻辑。,V,IN1,1,0,0,V,IN0,0,0,0,通道,A,B,C,V,IN7,1,1,1,转换时序,时序解释：1-4,1地址锁存,2启动A/D转换,3转换结束,4读取转换结果,2、12位A/D转换器AD547A,（AD1674）,AD574A,是一种高性能的,12,位逐位逼近式,A/D,转换器,分辨率为,1/2,12,=0.024%,转换时间为,25s,适合于在高精度快速采样系统中使用,误差,1/2LSB,，单极性或双极性输入，量程,10V,或,20V,。,内部有时钟脉冲源和基准电压源，,AD1674,有,S/H,。,内部结构大体与,ADC0809,类似，由,12,位,A/D,转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与,10V,基准电压源构成，可以直接与主机数据总线连接，但只能输入一路模拟量。,AD574A,也采用,28,脚双立直插式封装。,各引脚功能如下：,V,cc,（,7,）：工作电源正端，,+12 VDC,或,+15 VDC,。,V,EE,（,11),：工作电源负端，,12 VDC,或,15 VDC,。,V,L,（,1),：逻辑电源端，,+5 VDC,。,虽然使用的工作电源为,12VDC,或,15 VDC,，,但数字量输出及控制信号的逻辑 电平仍可直接与,TTL,兼容。,DGND,（,15),，,AGND,（,9),：数字地，模拟地。,V,REF,OUT,（,8),：基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为,+10.00 V,1,。,V,REF,IN,（,10),：基准电压源输入端，,+10 VDC,。如果,V,REF,OUT,通过电阻接至,V,REF,IN,，则可用来调量程。,：转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。,DB0-DB11,：,12,位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。,CE,：,片能用信号，输入，高电平有效。,：片选信号，输入，低电平有效。,R/,：,读,/,转换信号，输入，高电平为读,A/D,转换数据，低电平为起动,A/D,转换。,12/,：数据输出方式选择信号，输入，高电平时输出,12,位数据，低电平时与,A0,信号配合输出高,8,位或低,4,位数据。,12/,不能用,TTL,电平控制，必须直接接至,+5V(,引脚,1),或数字地,(,引脚,15),。,A0,：,字节信号，在转换状态，,A0,为低电平,可使,AD574A,产生,12,位转换,，,A0,为高电平可使,AD574A,产生,8,位转换。在读数状态，如果,12/,为低电平，,A0,为低电平时，则输出高,8,位数，而,A0,为高电平时，则输出低,4,位数；如果,12/,为高电平，,则,A0,的状态不起作用。,10VIN,，,20VIN,，,BIP OFF,：,模拟电压信号输入端。单极性应用时，将,BIP OFF,接,0 V,，,双极性,时接,10 V,。,量程可以是,10 V,，,也可以是,20 V,。,输入信号,在,10 V,范围内变化时，将输入信号接,至,10 VIN,；在,20V,范围内变化时，接至,20VIN,。,单、双极性应用,单极性：,BIP OFF,接,0V,；,双极性：,BIP OFF,接,10V,。,调零方法：,满量程调整方法：,调零,满度,转换结果输出：,引脚,12/=1,：,D11-D0,并行输出；,引脚,12/=0,：,D,的高,8,位,D11-D4,与低,4,位,D3-D0,分时输出；,控制逻辑,无操作,X,X,X,1,X,无操作,X,X,X,X,0,输出低,4,位数字,1,0,1,0,1,输出高,8,位数字,0,0,1,0,1,输出,12,位数字,X,1,1,0,1,启动,8,位转换,1,0,0,0,1,启动,12,位转换,0,X,0,0,1,操作功能,A0,12/,R/,CE,转换时序,1启动A/D转换,2 A/D转换开始,3A/D转换结束,转换时序：读时序,4读取转换结果,5 转换结束,2.2.2 A/D转换器接口技术,A/D转换器接口技术要考虑如下问题：,1、模拟量输入信号的连接,（1）,输入电压要求，单极性或双极性；,（2）多通道处理：采用带有多路开关的A/D转换器，如ADC0809；采用单通道A/D芯片，在模拟量输入端加接多路开关；,2、数据输出与系统总线的连接：,A/D转换器通常都具有三态数据输出缓冲器，因而允许A/D转换器直接同系统总线相连接。如果没有就需要扩展；,3、A/D转换启动信号：脉冲型启动转换，电平启动转换。,4、转换结束信号及转换数据的读取：脉冲信号，电平信号，CPU一般采用三种方式来检查A/D转换是否结束。（1）程序查询方式；（2）中断方式；（3）软件延时。,5、参考电平：Vref+，Vref-。,6、时钟的连接：芯片内部提供AD574A；外部提供：由外部振荡器提供或由系统时钟分频后得到；,7、接地：Dgnd，Agnd，连接时应分别接地。,1.ADC0809与8255A接口,8255A的A口工作方式0。A口为数据,输入,端,C口上半部分为,输入,，下半部分为,输出,。,PC0-PC2 通道地址ABC,PC3 ALE和START：地址锁存，启动转换,PC7 EOC和OE,：检测转换结束，输出使能,8255A系统地址2C0H2C3H。,补充：,8255,工作方式；,8255编程选择控制字，C口置位/复位控制字。,分析程序流程：,（1）确定选择模拟通道号,（2）输出启动信号,（3）查询是否转换结束,（4）读取转换结果,ADC0809PROC NEAR,MOV CX,8 ;循环次数,CLD ;DI自动增量,MOV BL,00H ;模拟通道地址,LEA DI,DATABUF ;字串存储地址,NEXTA:MOV DX,02C2H ;C口,MOV AL,BL,OUT DX,AL;通道号,INC DX ;控制口,MOV AL,00000111B；ALE上升沿锁存地址，PC3=1，(置位复位控制字D7=0),OUT DX,AL,NOP,NOP,NOP,MOV AL,00000110B；PC3=0,START下降沿启动A/D转换,OUT DX,AL,DEC DX ；C口,NOSC:IN AL,DX;检测转换结束信号,TEST AL,80H,JNZ NOSC;EOC=1,则等待，检测EOC下降沿,NOEOC:IN AL,DX;,TEST AL,80H,JZ NOSC;EOC=0,则等待，检测EOC上升沿，转换结束,MOV DX,02C0H;A口，读转换结果,IN AL,DX,STOS DATABUF;保存结果,INC BL;修改模拟通道地址,LOOP NEXTA；CX-1=0?,RET,ADC0809 ENDP,2.AD574与8255A接口,AD574的12/接5V，A0接地，工作于12位转换和读出方式。,8255A的A口、B口工作方式0，数据,输入,端,C口上半部分为,输入,，下半部分为,输出,。,PC0-PC2 R