ADC0809、AI和抗干扰措施.ppt

1 计算机控制技术 刘富春自动化科学与工程学院2010 03 19 ADC0809AI和抗干扰措施 P2 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 P3 8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0 5v时可使用单一的 5v电源 一般不需要调零和增益校准 ADC0809 P4 单片A D转换器及其与微处理器的接口 ADC0809引脚结构 采用双列直插式封装 共有28条引脚 8条模拟量输入通道 地址输入和控制线4条 A B C ALE 数字量输出及控制线11条 电源线及CLOCK 5条 P5 ADC0809的内部逻辑结构图 P6 ADC0809主要信号引脚的功能说明 IN7 IN0 模拟量输入通道ALE 地址锁存允许信号 对应ALE上跳沿 A B C地址状态送入地址锁存器中 START 转换启动信号 START上升沿时 复位ADC0809 START下降沿时启动芯片 开始进行A D转换 在A D转换期间 START应保持低电平 本信号有时简写为ST P7 A B C 地址线 通道端口选择线 A为低地址 C为高地址 引脚图中为ADDA ADDB和ADDC CLK 时钟信号 ADC0809的内部没有时钟电路 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500KHz的时钟信号 P8 EOC 转换结束信号 EOC 0 正在进行转换 EOC 1 转换结束 使用中该状态信号即可作为查询的状态标志 又可作为中断请求信号使用 D7 D0 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 D0为最低位 D7为最高 P9 OE 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 OE 0 输出数据线呈高阻 OE 1 输出转换得到的数据 P10 Vcc 5V电源 Vref 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 其典型值为 5V Vref 5V Vref 5V P11 输入通道选通地址表 P12 ALE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信号 START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 当START与EOC端短接时 实现自动连续转换 P13 EOC为转换结束信号 从START信号上升沿开始经8个时钟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 CLK为时钟信号输入端 最高可达1280kHz REF 和REF 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REF 和电源Vcc一起接基准电压 REF 接地端GND P14 转换时序 P15 单片A D转换器与微处理器的接口 MCS 51系列单片机和ADC0809的接口 P16 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7FFFH P17 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50H 57H 再由主程序进行处理 P18 转换程序如下 ORG2000HSETBIT0 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0MOVDPTR 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 P19 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INCR0 增量缓冲器指针INCR1 指向下一通道REP MOVA R1 MOVX DPTR A 启动下一路转换CJNEA 07H RMP0 所有路都转换过吗 MOVR1 00H 是 重新从IN0路开始SJMPREPREMP0 RETi 否 中断返回 P20 模拟量输入通道的一般结构 AI 滤波 放大 P21 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数据吞吐率2分辨率和精度3每个通道的采样频率4信号修整要求比例变换 P22 作用在A D输入端的干扰 常态干扰指叠加在被测信号上的高频噪声信号 又称为串模干扰 P23 共态干扰指因模拟地和数字地之间存在电位差而引入的直流或交流干扰信号 P24 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 共模抑制比 CMRRP37 共态干扰电压 共态干扰电压转换的常态干扰电压 CommonModeRejectionRatio P25 如何提高CMRR 1 提高共态干扰各电流回路阻抗以减小共模电压 P26 2 光电隔离器切断共态干扰电流回路 P27 THEEND P28 过程通道的抗干扰措施 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 P29 过程通道的抗干扰措施 2 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 P30 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 P31 P32 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 P33 过程通道的抗干扰措施 4 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 P34 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 P35 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 P36 过程通道的抗干扰措施 8 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 CommonModeRejectionRate 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 P37 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 P38 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 P39 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 P40 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 P41 过程通道的抗干扰措施 13 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 P42 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 01 0 1 F 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10 100 F的大电容和一个0 01 0 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 P43 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 P44 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 P45 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 P46 过程通道的抗干扰措施 18 采用公共接地点SGP P47 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 P48 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