數(shù)據(jù)采集第六章

1、1 2分類分類按速度分：按速度分： 高、中、低高、中、低按精度分：按精度分： 高、中、低高、中、低按位數(shù)分：按位數(shù)分： 8、10、12、14、16按工作原理分按工作原理分3按工作按工作原理分原理分直接比較型直接比較型 模擬信號直接參考電模擬信號直接參考電壓比較，得到數(shù)字量。壓比較，得到數(shù)字量。有逐次比較、連續(xù)比較有逐次比較、連續(xù)比較優(yōu)點：優(yōu)點：瞬時比較，轉(zhuǎn)換速度快。瞬時比較，轉(zhuǎn)換速度快。間接比較間接比較 模擬信號與參考電壓先模擬信號與參考電壓先轉(zhuǎn)換為中間物理量，再轉(zhuǎn)換為中間物理量，再進(jìn)行比較。進(jìn)行比較。缺點：缺點：抗干擾能力差?？垢蓴_能力差。有雙斜式、積分式、脈沖調(diào)寬有雙斜式、積分式、脈沖調(diào)寬

2、優(yōu)點：優(yōu)點：平均值比較，抗干擾能力強(qiáng)。平均值比較，抗干擾能力強(qiáng)。缺點：缺點：轉(zhuǎn)換速度慢。轉(zhuǎn)換速度慢。41. 分辨率分辨率 分辨率分辨率 AD轉(zhuǎn)換器所能分辨模擬輸轉(zhuǎn)換器所能分辨模擬輸入信號的最小變化量。入信號的最小變化量。 設(shè)設(shè)AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為n，滿量程電滿量程電壓為壓為FSR，則分辨率定義為：則分辨率定義為： 5) 16(2nFSR分辨率量化單位就是量化單位就是AD轉(zhuǎn)換器的分辨率轉(zhuǎn)換器的分辨率。相對分辨率定義為相對分辨率定義為 )26(%10021%100nFSR分辨率相對分辨率6表表6.1 AD轉(zhuǎn)換器分辨率與位數(shù)之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換器分辨率與位數(shù)之間的關(guān)系(滿量程電壓為滿量程電壓為

3、10V) 位位 數(shù)數(shù) 級級 數(shù)數(shù) 相對分辨率相對分辨率 （1LSB） 分辨率分辨率（1LSB） 8 10 12 14 16 256 1024 4096 16384 65536 0.391% 0.0977% 0.0244% 0.0061% 0.0015% 39.1mV 9.77mV 2.44mV 0.61mV 0.15mV 由式由式（6-1）和式和式（6-2），），可得出可得出AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器分辨率與位數(shù)之間的關(guān)系換器分辨率與位數(shù)之間的關(guān)系 7AD轉(zhuǎn)換器分辨率的高低取決于位數(shù)的多少轉(zhuǎn)換器分辨率的高低取決于位數(shù)的多少。 因此，因此，目前一般用位數(shù)目前一般用位數(shù)n來間接表示分辨率來間接表示分辨率。2.

4、量程量程 量程量程 AD轉(zhuǎn)換器能轉(zhuǎn)換模擬信號的轉(zhuǎn)換器能轉(zhuǎn)換模擬信號的電壓范圍。電壓范圍。例如例如：05V，-5V+5V，010V， -10V+10V。 83. 精度精度絕對精度絕對精度 絕對精度絕對精度 對應(yīng)于輸出數(shù)碼的實際模擬對應(yīng)于輸出數(shù)碼的實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差。壓之差。存在問題：存在問題： 在在AD轉(zhuǎn)換時，量化帶內(nèi)的轉(zhuǎn)換時，量化帶內(nèi)的任意模擬輸入電壓都能產(chǎn)生任意模擬輸入電壓都能產(chǎn)生同一輸出數(shù)碼。同一輸出數(shù)碼。 9約定：約定：上述定義的模擬輸入電壓則限定為上述定義的模擬輸入電壓則限定為量化帶中點對應(yīng)的模擬輸入電壓值。量化帶中點對應(yīng)的模擬輸入電壓值。例

5、如例如：一個一個12位位AD轉(zhuǎn)換器，理論模擬轉(zhuǎn)換器，理論模擬 輸入電壓為輸入電壓為5V時，對應(yīng)的輸出數(shù)時，對應(yīng)的輸出數(shù) 碼為碼為100000000000。 實際模擬輸實際模擬輸 入電壓在入電壓在4.997V4.999V范圍內(nèi)范圍內(nèi) 的都產(chǎn)生這一輸出數(shù)碼，則的都產(chǎn)生這一輸出數(shù)碼，則)mV(2)V(002.05)999.4997.421 （絕對精度10絕對誤差一般在絕對誤差一般在 12LSB范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 相對精度相對精度 相對精度相對精度 絕對精度與滿量程電壓值絕對精度與滿量程電壓值之比的百分?jǐn)?shù)。之比的百分?jǐn)?shù)。 相對精度絕對精度FSR100%11 精度和分辨率是兩個不同的概念：精度和分辨率是兩

6、個不同的概念： 精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實 際值的準(zhǔn)確度；際值的準(zhǔn)確度； 分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的模擬分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的模擬 信號的最小變化值。信號的最小變化值。 124. 轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間tCONV 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間 按照規(guī)定的精度將模擬信號按照規(guī)定的精度將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出所需轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出所需要的時間。要的時間。逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時間只取逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時間只取決于轉(zhuǎn)換器位數(shù)。決于轉(zhuǎn)換器位數(shù)。 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。每秒鐘轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 13下面討論轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換

7、精度、信號頻率的關(guān)系。下面討論轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換精度、信號頻率的關(guān)系。 瞬時值響應(yīng)的瞬時值響應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換時間取決于所要求的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間取決于所要求的轉(zhuǎn)換精度和被轉(zhuǎn)換信號的頻率。被轉(zhuǎn)換信號的頻率。 以圖以圖6.1所示的正弦信號為例，討論它們之所示的正弦信號為例，討論它們之間的關(guān)系。間的關(guān)系。14Um2U(t)=sint 設(shè)在設(shè)在t0時刻開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換一次所需的時時刻開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換一次所需的時間為間為tCONV，轉(zhuǎn)換終了的時刻為轉(zhuǎn)換終了的時刻為t1，與與tCONV對應(yīng)對應(yīng)信號電壓增量信號電壓增量( (誤差誤差) )為為U。tU(t)Um2t0t1tCONVU圖圖6.1 轉(zhuǎn)換時間對信

8、號轉(zhuǎn)換的影響轉(zhuǎn)換時間對信號轉(zhuǎn)換的影響由于由于ddmmUttUtfUft( )coscos12215在過零點上有最大值在過零點上有最大值過零時，過零時，tn |cos|t 1Utf Um16 故在過零點處，轉(zhuǎn)換時間所造成的故在過零點處，轉(zhuǎn)換時間所造成的最大電壓誤差為最大電壓誤差為 ) 36(CONVmmtUftUfU由此可知：由此可知： 當(dāng)精度一定時，信號頻率當(dāng)精度一定時，信號頻率，tCONV； 當(dāng)信號頻率一定，當(dāng)信號頻率一定， tCONV ，U。17平均值響應(yīng)的轉(zhuǎn)換器平均值響應(yīng)的轉(zhuǎn)換器 由于被轉(zhuǎn)換的模擬量為直流電壓，而由于被轉(zhuǎn)換的模擬量為直流電壓，而干擾是交變的，因此轉(zhuǎn)換時間干擾是交變的，因此

9、轉(zhuǎn)換時間 tCONV 越長，越長，其抑制干擾的能力就越強(qiáng)。其抑制干擾的能力就越強(qiáng)。換言之：換言之：平均值響應(yīng)的轉(zhuǎn)換器是在犧性轉(zhuǎn)平均值響應(yīng)的轉(zhuǎn)換器是在犧性轉(zhuǎn) 換時間的情況下提高轉(zhuǎn)換精度的。換時間的情況下提高轉(zhuǎn)換精度的。 185. 偏移誤差偏移誤差 偏移誤差偏移誤差 使最低有效位成使最低有效位成“ 1 ”狀時，狀時，實際輸入電壓與理論輸入電實際輸入電壓與理論輸入電壓之差。壓之差。 如圖如圖6.2所示所示。 19 該誤差主要該誤差主要是失調(diào)電壓及溫是失調(diào)電壓及溫漂造成的。漂造成的。 一般來說，一般來說，在一定溫度下，在一定溫度下，偏移電壓是可以偏移電壓是可以通過外電路予以通過外電路予以抵消。抵消。

10、Ui輸輸出出數(shù)數(shù)碼碼001010011100101110111偏移誤差偏移誤差Ui誤誤差差圖圖6.2 偏移誤差偏移誤差 (a)(b)20但當(dāng)溫度變化時，偏移電壓又將出現(xiàn)。但當(dāng)溫度變化時，偏移電壓又將出現(xiàn)。 原因：輸入失調(diào)電壓、溫漂。原因：輸入失調(diào)電壓、溫漂。6. 增益誤差增益誤差 增益誤差增益誤差 滿量程輸出數(shù)碼時，實際滿量程輸出數(shù)碼時，實際模擬輸入電壓與理想模擬模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差。輸入電壓之差。 該誤差使傳輸特性曲線繞坐標(biāo)原點偏該誤差使傳輸特性曲線繞坐標(biāo)原點偏離理想特性曲線一定的角度，如圖離理想特性曲線一定的角度，如圖6.3所示所示。 21K1當(dāng)當(dāng)K=1時，沒有增益時，沒有增

11、益誤差，誤差，Ui = FSR，輸輸出為出為111。 當(dāng)當(dāng)K1時，傳輸特性時，傳輸特性的臺階變窄，在模擬的臺階變窄，在模擬輸入信號達(dá)到滿量程輸入信號達(dá)到滿量程值之前，數(shù)碼輸出就值之前，數(shù)碼輸出就已為全已為全“1”狀態(tài)狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)K Uf，予以保留此位的予以保留此位的“1” 。29第二個時鐘脈沖到來時第二個時鐘脈沖到來時，SAR 置為置為11000000碼，經(jīng)過碼，經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生反饋轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生反饋電壓電壓Uf512102427682.V，因因Ui Uf ，故保留此位故保留此位“1”。30第三個時鐘脈沖到來時第三個時鐘脈沖到來時，SAR 狀態(tài)置為狀態(tài)置為11100000，經(jīng)，經(jīng)DA 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生反

12、饋電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生反饋電壓壓Uf7 68102428963.V，因因Ui 0ns200ns200ns300ns300ns25 s為什么這樣說？為什么這樣說？ 因為如果因為如果 CS和和CE先有效先有效， R/C脈沖到來脈沖到來之前的高電平會引起三態(tài)輸出門打開，影響數(shù)之前的高電平會引起三態(tài)輸出門打開，影響數(shù)據(jù)總線。據(jù)總線。 當(dāng)當(dāng)CE=1時，啟動轉(zhuǎn)換時，啟動轉(zhuǎn)換。46 注意注意：在啟動轉(zhuǎn)換后，各控制信號不起作在啟動轉(zhuǎn)換后，各控制信號不起作用，只有用，只有STS信號標(biāo)志工作狀態(tài)信號標(biāo)志工作狀態(tài)。 讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù) 讀出數(shù)據(jù)也同樣由讀出數(shù)據(jù)也同樣由CE來啟動來啟動。47圖圖6.15 AD574 讀數(shù)據(jù)時序

13、讀數(shù)據(jù)時序CECSR/CA0STSDB0DB11300ns150ns0ns150ns250ns50ns0ns50ns350ns48 工作方式選擇工作方式選擇工作方式工作方式單極性：單極性：0 xV， 輸出二進(jìn)制碼。輸出二進(jìn)制碼。雙極性：雙極性：-xV +xV， 輸出偏移二進(jìn)制碼輸出偏移二進(jìn)制碼49圖圖6.16 AD574工作方式的接法工作方式的接法1+5V+15V7-15V11159 W20.1KAD574REFOUTREFINBIPOFF10VIN20VINDGNDAGND100K W1100K010V020V(a)(a) 單極性輸入；單極性輸入；AD574REFOUTREFINBIPOFF

14、10VIN20VINDGNDAGND151+5V7+15V11-15V9-55V-1010V(b)(b) 雙極性輸入雙極性輸入0.1K+12V/+15V-12V/-15V0.1K0.1K501. 如何確定如何確定AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 應(yīng)該考慮應(yīng)該考慮靜態(tài)精度靜態(tài)精度動態(tài)精度動態(tài)精度51從靜態(tài)精度考慮從靜態(tài)精度考慮要考慮量化誤差對輸出的影響。要考慮量化誤差對輸出的影響。量化誤差與量化誤差與AD轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。52由圖可知由圖可知10位以下誤差較大；位以下誤差較大；11位以上誤差減小不明顯。位以上誤差減小不明顯。圖圖6.22 位數(shù)與誤差的關(guān)系位數(shù)與誤差的關(guān)系位數(shù)位數(shù)誤差誤差

15、89 10 11 12 1353因此，取因此，取1011位是合適的位是合適的。從精度來看從精度來看由于模擬信號是先測量后轉(zhuǎn)換，因此由于模擬信號是先測量后轉(zhuǎn)換，因此總誤差總誤差測量誤差測量誤差量化誤差量化誤差54設(shè)測量誤差和量化誤差不相關(guān)。設(shè)測量誤差和量化誤差不相關(guān)。它們的標(biāo)準(zhǔn)差分別為它們的標(biāo)準(zhǔn)差分別為e M和和eq 。則總誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為則總誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為)106(M2q2Meeee式中式中 )116()(12Mqee55由圖由圖6.23可知可知: , 5 . 0) 1 (Mqee, 3 . 0)2(Mqee 變化緩慢變化緩慢， eM減小不多減小不多。，eM圖圖6.23 與與 的關(guān)系的關(guān)系eqe

16、MeqeM0.10.30.50.70.91.01.11.21.31.4因此，取因此，取 eeqM為為0.3 0.5較為合適較為合適。56 總之總之，AD轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測量轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測量裝置的精度相匹配裝置的精度相匹配。確定位數(shù)確定位數(shù)量化誤差在總誤差中所占量化誤差在總誤差中所占 比例要小。比例要小。根據(jù)測量裝置的精度水根據(jù)測量裝置的精度水 平，合理提出位數(shù)要求。平，合理提出位數(shù)要求。57 目前目前，大多數(shù)測量裝置的精度值不小大多數(shù)測量裝置的精度值不小于于0.1%0.5%，故故AD轉(zhuǎn)換器的精度取轉(zhuǎn)換器的精度取0.05%0.1%，相應(yīng)的位數(shù)為相應(yīng)的位數(shù)為1011位，位，加上符號位，即為加上

17、符號位，即為1112位位。 從動態(tài)平滑性的要求來考慮從動態(tài)平滑性的要求來考慮 位數(shù)不能太多，否則雖然位數(shù)不能太多，否則雖然q，但產(chǎn)生但產(chǎn)生高頻小振幅量化噪聲高頻小振幅量化噪聲。 一般來說，滿足一般來說，滿足靜態(tài)精度靜態(tài)精度要求的位數(shù)，要求的位數(shù)，也能滿足也能滿足動態(tài)平滑性動態(tài)平滑性的要求。的要求。 582. 如何確定如何確定AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。 其與轉(zhuǎn)換時間的關(guān)系：其與轉(zhuǎn)換時間的關(guān)系： 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換時時間間轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換速速率率159確定轉(zhuǎn)換速率時，應(yīng)該考慮系統(tǒng)的采樣速率：確定轉(zhuǎn)換速率時，應(yīng)該考慮系統(tǒng)的采樣速率： 若轉(zhuǎn)換

18、時間為若轉(zhuǎn)換時間為100 s ，則轉(zhuǎn)換速率為則轉(zhuǎn)換速率為10千次千次/s。 設(shè)一個周期采設(shè)一個周期采10個樣點，那么個樣點，那么AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器最高只能處理器最高只能處理1kHz的模擬信號的模擬信號。若轉(zhuǎn)換時間為若轉(zhuǎn)換時間為10 s，則轉(zhuǎn)換速率為則轉(zhuǎn)換速率為100千次千次/s，信號頻率可提高到信號頻率可提高到10kHz。 603. 如何確定是否要加采樣保持器如何確定是否要加采樣保持器 原則上，采集變化非常緩慢的模擬信原則上，采集變化非常緩慢的模擬信號（例如溫度）時，可不用采樣保持器。號（例如溫度）時，可不用采樣保持器。 其它模擬信號都要加采樣保持器。其它模擬信號都要加采樣保持器。61接口任務(wù)接口

19、任務(wù)轉(zhuǎn)換器收到微機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器收到微機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)換 指令，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。指令，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)微機(jī)發(fā)出取數(shù)指令時，轉(zhuǎn)當(dāng)微機(jī)發(fā)出取數(shù)指令時，轉(zhuǎn) 換結(jié)果存入微機(jī)內(nèi)存。換結(jié)果存入微機(jī)內(nèi)存。621. 接口設(shè)計中的問題接口設(shè)計中的問題 需要解決的問題有以下三個：需要解決的問題有以下三個： 數(shù)據(jù)輸出緩沖問題數(shù)據(jù)輸出緩沖問題 原因：原因： 計算機(jī)的數(shù)據(jù)總線是計算機(jī)的數(shù)據(jù)總線是CPU與存儲器與存儲器、IO設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)的公共通道。設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)的公共通道。 要求：要求：AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端必須通過轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端必須通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。63 當(dāng)未被選中時當(dāng)未被選中時，AD轉(zhuǎn)

20、換器的輸出呈轉(zhuǎn)換器的輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，以免干擾數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，以免干擾數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送。傳送。下面分四種情況予以討論。下面分四種情況予以討論。芯片數(shù)據(jù)輸出端有三態(tài)緩沖器，且有三芯片數(shù)據(jù)輸出端有三態(tài)緩沖器，且有三態(tài)控制端引腳態(tài)控制端引腳相應(yīng)芯片有相應(yīng)芯片有ADC0809，AD7574。它們可以直接和微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。它們可以直接和微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。 64芯片不具備三態(tài)輸出緩沖器芯片不具備三態(tài)輸出緩沖器 相應(yīng)芯片有相應(yīng)芯片有ADC1210。 這類芯片輸出端不能直接連到數(shù)據(jù)總這類芯片輸出端不能直接連到數(shù)據(jù)總線，必須外加三態(tài)緩沖器。線，必須外加三態(tài)緩沖器。芯片具有三態(tài)輸出緩沖器，且由片

21、內(nèi)時序控制芯片具有三態(tài)輸出緩沖器，且由片內(nèi)時序控制相應(yīng)芯片有相應(yīng)芯片有AD571和和AD572。 這類芯片不能直接與數(shù)據(jù)總線相連，這類芯片不能直接與數(shù)據(jù)總線相連，需要通過時序調(diào)整接口轉(zhuǎn)換。需要通過時序調(diào)整接口轉(zhuǎn)換。65芯片有三態(tài)輸出緩沖器，且片內(nèi)時序與芯片有三態(tài)輸出緩沖器，且片內(nèi)時序與微機(jī)總線時序配合微機(jī)總線時序配合 相應(yīng)芯片有相應(yīng)芯片有AD574A， 這類芯片的輸出端可直接和微機(jī)數(shù)據(jù)這類芯片的輸出端可直接和微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。總線相連。 產(chǎn)生芯片選通信號和控制信號產(chǎn)生芯片選通信號和控制信號 芯片選通信號芯片選通信號 地址信號。地址信號。信號產(chǎn)生：信號產(chǎn)生：由譯碼器產(chǎn)生地址信號。由譯碼器產(chǎn)生地址

22、信號。66作用：作用：給出地址信號，就選通了給出地址信號，就選通了AD芯片芯片。 譯碼器與地譯碼器與地址總線連接址總線連接系統(tǒng)采用內(nèi)存映象系統(tǒng)采用內(nèi)存映象IO方式，方式，需要全部地址線參與譯碼。需要全部地址線參與譯碼。系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用IO映象方式，用部映象方式，用部 分低位地址線參與譯碼。分低位地址線參與譯碼。內(nèi)存映象內(nèi)存映象IO不單獨編址。不單獨編址。IO映象映象IO單獨編址。單獨編址。67控制信號完成對控制信號完成對AD轉(zhuǎn)換器的讀寫控制轉(zhuǎn)換器的讀寫控制 不同微機(jī)其控制總線不相同：不同微機(jī)其控制總線不相同： 8031單片機(jī)中單片機(jī)中，控制線控制線共同控共同控、RD WR制制AD轉(zhuǎn)換器的讀轉(zhuǎn)換

23、器的讀寫操作寫操作。當(dāng)當(dāng) 0WR時，執(zhí)行寫操作；時，執(zhí)行寫操作； 當(dāng)當(dāng) 0RD時，讀操作。時，讀操作。 68 8088CPU的的PC機(jī)機(jī)中，控制線中，控制線 、IORIOW共同控制共同控制AD轉(zhuǎn)換器的讀寫操作轉(zhuǎn)換器的讀寫操作。 在利用微機(jī)地址總線、控制總線對在利用微機(jī)地址總線、控制總線對AD轉(zhuǎn)換器的讀寫進(jìn)行控制時，要注轉(zhuǎn)換器的讀寫進(jìn)行控制時，要注意時序匹配。意時序匹配。時序匹配時序匹配 微機(jī)提供的控制信號的持續(xù)微機(jī)提供的控制信號的持續(xù)時間和相位關(guān)系滿足所用時間和相位關(guān)系滿足所用 AD 轉(zhuǎn)換器的控制要求。轉(zhuǎn)換器的控制要求。69 在接有采樣保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在接有采樣保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，要考

24、慮采樣保持器、中，要考慮采樣保持器、 AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器和和CPU之間的時序配合問題。之間的時序配合問題。 用用AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號作為采轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號作為采 樣保持器的模擬開關(guān)的控制信號。樣保持器的模擬開關(guān)的控制信號。 保證保證AD轉(zhuǎn)換與采樣保持器的轉(zhuǎn)換與采樣保持器的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)。目的：目的：通常做法：通常做法： 70AD轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換脈沖寬度應(yīng)大于轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換脈沖寬度應(yīng)大于 采樣保持器的孔徑時間。采樣保持器的孔徑時間。保證在啟動保證在啟動AD轉(zhuǎn)換之前采樣保轉(zhuǎn)換之前采樣保持器已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使持器已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確準(zhǔn)確。目的：目的：71 讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù) 需要解決需

25、要解決 的問題的問題AD轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與CPU的聯(lián)絡(luò)的聯(lián)絡(luò) 方式。方式。數(shù)據(jù)輸出格式。數(shù)據(jù)輸出格式。聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)聯(lián)絡(luò) CPU與與AD轉(zhuǎn)換器傳送信息轉(zhuǎn)換器傳送信息。 72聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式 查詢方式。查詢方式。 中斷方式。中斷方式。 查詢方式查詢方式查詢方式查詢方式 CPU不斷查詢不斷查詢AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的的STS腳的電平變化腳的電平變化。 因此，要將因此，要將AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換狀態(tài)STS腳接在微機(jī)腳接在微機(jī)IO口的某一位上口的某一位上。 73傳到傳到D0AD5748031P0.7P0.0.D11D4.D3D0.STSP2.7P2.0.RD+圖圖6.26 8031與與AD57

26、4A接口電路中轉(zhuǎn)換狀態(tài)查詢接口電路中轉(zhuǎn)換狀態(tài)查詢74 AD574A的轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號的轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號STS經(jīng)三態(tài)經(jīng)三態(tài)緩沖器接到數(shù)據(jù)總線的緩沖器接到數(shù)據(jù)總線的D0上，在讀狀態(tài)，上，在讀狀態(tài)，用一特定地址選定、打開三態(tài)緩沖器，以用一特定地址選定、打開三態(tài)緩沖器，以供供CPU檢查轉(zhuǎn)換狀態(tài)檢查轉(zhuǎn)換狀態(tài)：D0 = 0，AD處于轉(zhuǎn)換周期處于轉(zhuǎn)換周期； D1 = 1，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束。 75 中斷方式中斷方式中斷方式中斷方式 AD轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號通過中轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號通過中斷輸入線向斷輸入線向CPU申請中斷申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)中斷響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序讀轉(zhuǎn)換結(jié)果服務(wù)程序讀轉(zhuǎn)換結(jié)果。 76 AD574A

27、的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號STS經(jīng)反相形成正經(jīng)反相形成正脈沖去觸發(fā)脈沖去觸發(fā)74LS74 (D)觸發(fā)器，觸發(fā)器，圖圖6.26 AD574與與PC總線中斷聯(lián)絡(luò)方式接口電路總線中斷聯(lián)絡(luò)方式接口電路D Q 74LS074 RS該觸發(fā)器的輸該觸發(fā)器的輸出經(jīng)三態(tài)緩沖器接到出經(jīng)三態(tài)緩沖器接到 PC 機(jī)總線上空閑的中斷機(jī)總線上空閑的中斷請求線上請求線上。 D觸發(fā)器的清除和三態(tài)緩沖器的啟動均由觸發(fā)器的清除和三態(tài)緩沖器的啟動均由可編程可編程IO端口位控制端口位控制。77 在設(shè)計接口電路時，究竟是采用查詢在設(shè)計接口電路時，究竟是采用查詢還是中斷方式，依據(jù)處理情況而定：還是中斷方式，依據(jù)處理情況而定： 若轉(zhuǎn)換時間

28、長若轉(zhuǎn)換時間長（100 s以上以上）時，且程時，且程序要同時完成其它計算，則采用中斷序要同時完成其它計算，則采用中斷方式方式。 若轉(zhuǎn)換時間較短（幾十微秒以下）時，若轉(zhuǎn)換時間較短（幾十微秒以下）時，且程序不處理其它任務(wù)，則采用查詢且程序不處理其它任務(wù)，則采用查詢方式。方式。 78數(shù)據(jù)輸出格式數(shù)據(jù)輸出格式數(shù)據(jù)輸出格式數(shù)據(jù)輸出格式 并行輸出并行輸出 串行輸出串行輸出 下面一段程序是下面一段程序是IBM-PCXT機(jī)從機(jī)從12位位AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC1210讀取數(shù)據(jù)的匯編程序讀取數(shù)據(jù)的匯編程序。79 ADC1210的數(shù)據(jù)輸出端無三態(tài)緩沖器，故的數(shù)據(jù)輸出端無三態(tài)緩沖器，故外接緩沖器外接緩沖器1（設(shè)地址為

29、設(shè)地址為0101H）用于鎖存高用于鎖存高4位數(shù)據(jù)，緩沖器位數(shù)據(jù)，緩沖器2（地址為地址為0102H）用于鎖存低用于鎖存低8位數(shù)據(jù)。程序如下位數(shù)據(jù)。程序如下： MOV DX，0101H ；準(zhǔn)備高準(zhǔn)備高4位數(shù)據(jù)地址位數(shù)據(jù)地址 IN AL，DX ；讀入高讀入高4位轉(zhuǎn)換結(jié)果位轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV AH，AL；送入送入AH寄存器保存寄存器保存 80INC DX ；準(zhǔn)備低準(zhǔn)備低8位數(shù)據(jù)地址位數(shù)據(jù)地址 IN AL，DX ；讀入低讀入低8位轉(zhuǎn)換結(jié)果位轉(zhuǎn)換結(jié)果 程序執(zhí)行后程序執(zhí)行后，8088CPU中的中的AX寄存器的寄存器的內(nèi)容即為內(nèi)容即為AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 2. 內(nèi)含三態(tài)緩沖器的內(nèi)含三態(tài)緩沖器的

30、AD轉(zhuǎn)換器的接口電路轉(zhuǎn)換器的接口電路 ADC0809與微機(jī)的接口與微機(jī)的接口 81這部分內(nèi)容留給大家自習(xí)。這部分內(nèi)容留給大家自習(xí)。 AD574A與微機(jī)的接口與微機(jī)的接口 AD574A與與8031單片機(jī)的接口單片機(jī)的接口 ADC0809與與8031單片的接口電路如圖單片的接口電路如圖6.27所示所示。82Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7A0D11D0CESTS74LS 373+15V-15V滿量程調(diào)整RW1+15V-15VRW2模擬量輸入UccUeeREF INREFOUTBIPOFF10Vin20Vin12/8DGNDAGNDCS.AD574AALEP.WRRDEAUlo+5VR/C8031D

31、0D1D2D3D4D5D6D7GE74LS001001001001000.70.01.0PP圖圖6 6. .2 28 8 A AD D5 57 74 4A A與與8 80 03 31 1的的接接口口83 該電路采用單極性輸入方式，可對該電路采用單極性輸入方式，可對010V 或或020V 模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 由于由于AD574A片內(nèi)有時鐘，故無須外片內(nèi)有時鐘，故無須外加時鐘信號加時鐘信號。因為因為接地，所以接地，所以AD轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果12 8/分兩次讀出，高位從分兩次讀出，高位從 D11D4讀出，低讀出，低 4位從位從 D3 D0 讀出讀出：84 讀高讀高8位結(jié)果時，要求位結(jié)果

32、時，要求 1CR/0A0 ，端口地址為端口地址為0FEH。 讀低讀低4位結(jié)果時，要求位結(jié)果時，要求 ，端口地址為端口地址為0FFH。 1CR/1A0 ， AD574A的狀態(tài)信號的狀態(tài)信號STS與與8031的的P1.0端相連端相連，可采用查詢法判斷可采用查詢法判斷AD 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束換是否結(jié)束。85AD574A與與PC 機(jī)的接口機(jī)的接口 AD574A工作于普通控制方式的接口工作于普通控制方式的接口電路如圖電路如圖6.29所示所示。 86ALED7D0.PC總線A0STS+15V-15V滿量程調(diào)整RW1+15V-15VRW2模擬量輸入UloUccUeeREF INREF OUTBIP OFF10V

33、in20Vin12/8DGNDAGNDCSD11D0AD574A+5VA0A1 A9譯碼器IORIOWCER/C100100100100.圖圖6 6. .2 29 9 A AD D5 57 74 4A A與與I IB BM M- -P PC C機(jī)機(jī)的的接接口口電電路路原原理理圖圖ALE 和和 A1A9 進(jìn)行地址譯碼選通進(jìn)行地址譯碼選通。 87結(jié)合控制結(jié)合控制CE，并由并由 IOW非直接控制非直接控制。CR/地址線的地址線的 A0 直接接入直接接入AD574A的腳的腳。 IOW，CS IOR和和因為因為 12 8/接地，所以接地，所以AD轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果A0R/C10，從從D11D4 讀出高讀出

34、高8位結(jié)果位結(jié)果； 1CR/1A0 ，從從D3D0 讀出低讀出低4位結(jié)果位結(jié)果。分兩次讀出：分兩次讀出：88電源端的抗干擾電路89注意：注意： AD574A工作于普通控制方式時，工作于普通控制方式時，不適合于不適合于PC286以上微機(jī)，因為這以上微機(jī)，因為這類微機(jī)的總線周期短，難以適合類微機(jī)的總線周期短，難以適合AD574A所要求的設(shè)置時間所要求的設(shè)置時間。901.1 多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計 圖圖1 1 ADC0809工作時序工作時序 911.1 多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計 圖圖2 控制控制ADC0809采樣狀態(tài)圖采樣狀態(tài)圖 921.1 多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計多進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計 圖圖3

35、 采樣狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖采樣狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 93【例【例1-2】LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ADCINT IS PORT(D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -來自來自0809轉(zhuǎn)換好的轉(zhuǎn)換好的8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)CLK : IN STD_LOGIC; -狀態(tài)機(jī)工作時鐘狀態(tài)機(jī)工作時鐘EOC : IN STD_LOGIC; -轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，低電平表示正在轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，低電平表示正在轉(zhuǎn)換ALE : OUT STD_LOGIC; -8個模擬信號通道地址鎖存信號個模擬信號通道地址鎖存信號START : OUT STD_LOGIC; -轉(zhuǎn)換開始信號轉(zhuǎn)換開始信號OE