第4章智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計0501LAST

1、第第4章章智能儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計智能儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱DAS（Data Acquisition System），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進），是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由主機電路進行存儲、行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由主機電路進行存儲、處理、顯示或打印的裝置。處理、顯示或打印的裝置。4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 傳感器傳感器模擬信號調(diào)理模擬信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)圖圖4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成 實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2、往往需要同時測量多種物理量或同一種物實際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時測量多種物理量或同一種物理量的多個測量點。因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。理量的多個測量點。因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個還是每路各用一個，按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個還是每路各用一個，多路模擬輸入通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型。多路模擬輸入通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型。 一、集中采集式一、集中采集式 多通道一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過多路轉(zhuǎn)換器多通道一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過多路轉(zhuǎn)換器MUX將各路將各路模擬量輪流送給模擬量輪流送給SHA和和ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。進

3、行模數(shù)轉(zhuǎn)換。多通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它在每個通道上都加一個多通道同步型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它在每個通道上都加一個SHA，并受同一，并受同一觸發(fā)信號控制，這樣可以做到同一時刻內(nèi)將采集信號暫存在各自的保持觸發(fā)信號控制，這樣可以做到同一時刻內(nèi)將采集信號暫存在各自的保持電容上，以后由微型機逐一取走并經(jīng)電容上，以后由微型機逐一取走并經(jīng)ADC送入存儲器中。送入存儲器中。二、分散采集式二、分散采集式(分布式分布式)多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它是許多單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組合，共同多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它是許多單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組合，共同由控制電路進行控制。他的靈活性強，可滿足不同精度，不同速度數(shù)據(jù)由控制電路進行

4、控制。他的靈活性強，可滿足不同精度，不同速度數(shù)據(jù)采集的要求。采集的要求。在智能儀器的信號調(diào)理通道中，針對被放大信號的特點，并結(jié)合在智能儀器的信號調(diào)理通道中，針對被放大信號的特點，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場要求，目前使用較多的放大器有數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場要求，目前使用較多的放大器有儀用放大器儀用放大器、程控增益放大器程控增益放大器以及以及隔離放大器隔離放大器等。等。二、二、 儀用放大器儀用放大器 儀用放大器又稱為測量放大器，是一種帶有精密差動電壓增儀用放大器又稱為測量放大器，是一種帶有精密差動電壓增益的器件，由于他具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強抗共模益的器件，由于他具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強抗共

5、模干擾能力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點，使其干擾能力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點，使其在檢測微弱信號的的系統(tǒng)中被廣泛用作前置放大器。在檢測微弱信號的的系統(tǒng)中被廣泛用作前置放大器。 儀用放大器的基本結(jié)構(gòu)儀用放大器的基本結(jié)構(gòu) U5儀用放大器上下對稱，即圖中儀用放大器上下對稱，即圖中R1=R2，R4R3，R5R6。儀用放大器的增益可按下式確定：)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiii由第一級放大器A1和A2可得：GGiiRIUU21113RIUUGi224RIUUGiGiiRRRUUUU2121431)()( 差動輸入輸出級放大器差動輸入輸出級放大器A1A1、A

6、2A2對差動信號輸入的增益為對差動信號輸入的增益為1+2R1/RG1+2R1/RG。由于結(jié)構(gòu)對稱，且允許被放大信號直接加到輸入。由于結(jié)構(gòu)對稱，且允許被放大信號直接加到輸入端，因而保證了很強的端，因而保證了很強的共模抑制能力共模抑制能力。G1RR21AD620 是AD公司的一款儀用放大器，他是一個低成本, 高精度的單片儀器放大器, 8 腳，有雙列直插封裝和SOIC 貼片封裝，AD620的管腳如圖5-4所示。49.41GkGR 49.41GRkGAD620 的兩個內(nèi)部增益電阻為24.7K歐, 因而增益方程式為：對于所需的增益, 則外部控制電阻值為：表5-1 AD620參數(shù)信號采集系統(tǒng)中，信號變化的

7、幅度比較大，那么放大以后的信號幅值有可能超過A/D轉(zhuǎn)換的量程，所以必須根據(jù)信號的變化相應(yīng)調(diào)整放大器的增益。在智能儀器中，可變增益放大器的在智能儀器中，可變增益放大器的增益由儀器內(nèi)置計算機的程序控制。增益由儀器內(nèi)置計算機的程序控制。這種由程序控制增益的放大器，稱這種由程序控制增益的放大器，稱為程控放大器。為程控放大器。三、三、 程控增益放大器程控增益放大器圖圖5.10 程控放大器原理框圖程控放大器原理框圖 四、四、隔離放大器隔離放大器實際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到信號源實際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到信號源( (傳感器傳感器) )和系統(tǒng)間不允和系統(tǒng)間不允許有直接的電信號連接。許有直接的電信號連接。 隔離放大器是利用光

8、、電容和變壓器的耦合技術(shù)，實現(xiàn)放大器隔離放大器是利用光、電容和變壓器的耦合技術(shù)，實現(xiàn)放大器輸入和輸出的歐姆隔離。輸入和輸出的歐姆隔離。 原因之三是傳感器和系統(tǒng)必須電隔離，如心電圖、腦原因之三是傳感器和系統(tǒng)必須電隔離，如心電圖、腦電圖等，此類儀器必須杜絕因漏電流可能對病人的電擊。電圖等，此類儀器必須杜絕因漏電流可能對病人的電擊。 原因之二是避免意外的高壓浪涌通過地對儀表放大原因之二是避免意外的高壓浪涌通過地對儀表放大器造成損壞。器造成損壞。 原因之一是因為被測量信號為弱信號，實際現(xiàn)場干原因之一是因為被測量信號為弱信號，實際現(xiàn)場干擾非常大，又存在很高的共模電壓。擾非常大，又存在很高的共模電壓。4.

9、4 模擬多路開關(guān)及接口模擬多路開關(guān)及接口n多路開關(guān)的主要用途是把模擬信號分時的送入多路開關(guān)的主要用途是把模擬信號分時的送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器，或者轉(zhuǎn)換器，或者把經(jīng)計算機處理后的數(shù)據(jù)由把經(jīng)計算機處理后的數(shù)據(jù)由D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號，按一轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號，按一定的順序輸出到不同的控制回路中。定的順序輸出到不同的控制回路中。n前者稱為多路開關(guān)，完成多到一的轉(zhuǎn)換（多路調(diào)制器）。后者前者稱為多路開關(guān)，完成多到一的轉(zhuǎn)換（多路調(diào)制器）。后者稱為反多路開關(guān)或多路分配器，完成一到多的轉(zhuǎn)換（多路解調(diào)稱為反多路開關(guān)或多路分配器，完成一到多的轉(zhuǎn)換（多路解調(diào)器）。器）。n多路開關(guān)有機械觸點式開關(guān)（最常

10、用的是干簧繼電器）和半導(dǎo)多路開關(guān)有機械觸點式開關(guān)（最常用的是干簧繼電器）和半導(dǎo)體模擬開關(guān)。體模擬開關(guān)。 前者主要用于大電流、高電壓、低速切換場所；前者主要用于大電流、高電壓、低速切換場所；后者主要用于小電流、低電壓、高速切換場所。半導(dǎo)體多路開關(guān)后者主要用于小電流、低電壓、高速切換場所。半導(dǎo)體多路開關(guān)由于是一種集成化無觸點開關(guān)，不僅壽命長、體積小，而且對系由于是一種集成化無觸點開關(guān)，不僅壽命長、體積小，而且對系統(tǒng)的干擾小，因而目前智能儀器多采用這種開關(guān)，下面以統(tǒng)的干擾小，因而目前智能儀器多采用這種開關(guān)，下面以CD4051CD4051為例說明多路開關(guān)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的使用方法。為例說明多路開關(guān)在數(shù)

11、據(jù)采集系統(tǒng)中的使用方法。八通道雙向多路開關(guān)八通道雙向多路開關(guān)CD4051輸入狀態(tài) 接通通道號 INH C B A CD4051 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 CD4051的真值表的真值表多路開關(guān)的擴展多路開關(guān)的擴展4.5 采樣保持電路采樣保持電路采樣與保持器是指在輸入邏輯電平控制下處于采樣與保持器是指在輸入邏輯電平控制下處于“采樣采樣”或或“保保持持”兩種工作狀態(tài)的電路。在兩種工作狀態(tài)的電路。在“采樣采樣”狀態(tài)下電路的輸出跟蹤狀態(tài)下電路的輸出跟蹤輸入模擬信號，在輸入

12、模擬信號，在“保持保持”狀態(tài)下電路的輸出保持著前一次采狀態(tài)下電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時刻的瞬時輸入模擬信號，直至進入下一次采樣狀態(tài)為樣結(jié)束時刻的瞬時輸入模擬信號，直至進入下一次采樣狀態(tài)為止。通常，采樣保持器用作鎖存某一時刻的模擬信號，以便進止。通常，采樣保持器用作鎖存某一時刻的模擬信號，以便進行數(shù)據(jù)處理（量化）或模擬控制。行數(shù)據(jù)處理（量化）或模擬控制。 VIN VOUT采樣 保持t 工作方式采樣/保持器輸入輸出特性 采樣保持電路的技術(shù)指標(biāo)n1. 1. 孔徑時間（孔徑時間（t tAPAP）孔徑時間是指發(fā)出保持指令到開關(guān)真正打開所需要的時間。孔徑時間是指發(fā)出保持指令到開關(guān)真正打開所需要的時間

13、。n2. 2. 捕捉時間（捕捉時間（t tACAC）捕捉時間是指從開始采樣到采樣保持器輸出達到當(dāng)前輸入信捕捉時間是指從開始采樣到采樣保持器輸出達到當(dāng)前輸入信號的值所需要的時間。顯然號的值所需要的時間。顯然A/DA/D轉(zhuǎn)換的采樣時間必須大于捕轉(zhuǎn)換的采樣時間必須大于捕捉時間，才能保證采樣階段充分的采集到輸入模擬信號。捉時間，才能保證采樣階段充分的采集到輸入模擬信號。n3. 3. 保持電壓的下降保持電壓的下降n4.4.饋通饋通4.6 A/D轉(zhuǎn)換器及接口設(shè)計轉(zhuǎn)換器及接口設(shè)計4.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述nA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC(Analog-Digital Converter)nA/D轉(zhuǎn)換器

14、：是指將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，轉(zhuǎn)換器：是指將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，n 這個模擬量泛指電壓、電阻、電流、這個模擬量泛指電壓、電阻、電流、n 時間等參量，但在一般情況下，模擬時間等參量，但在一般情況下，模擬n 量是指電壓。量是指電壓。nA/D轉(zhuǎn)換器常用的幾項技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換器常用的幾項技術(shù)指標(biāo)：nA/D轉(zhuǎn)換器的分類：轉(zhuǎn)換器的分類：A/D轉(zhuǎn)換器常用的幾項技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器常用的幾項技術(shù)指標(biāo)n1、分辨率與量化誤差、分辨率與量化誤差n2、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換精度n3、轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換速率n4、滿刻度范圍、滿刻度范圍REFnin2nV2VDn分辨率：分辨率：是衡量是衡量ADCADC分辨輸入模擬量最小變換程度的技

15、術(shù)指標(biāo)即分辨輸入模擬量最小變換程度的技術(shù)指標(biāo)即指指A/DA/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓（量化階梯）。轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓（量化階梯）。一般來一般來說，說，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，其分辨率則越高。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，其分辨率則越高。n分辨率習(xí)慣上用輸出二進制數(shù)或分辨率習(xí)慣上用輸出二進制數(shù)或BCDBCD碼數(shù)的位數(shù)來表示碼數(shù)的位數(shù)來表示 如如AD574AD574可輸出二進制可輸出二進制1212位即可用位即可用2 21212 個數(shù)進行量化故個數(shù)進行量化故nAD574AD574的分辨率為的分辨率為1212位位n用百分比表示：用百分比表示：1/21/21212100%=0.025%100%=

16、0.025%n輸出數(shù)字量與模擬量關(guān)系輸出數(shù)字量與模擬量關(guān)系: : 12N分辨率滿刻度值1、分辨率與量化誤差、分辨率與量化誤差n量化誤差量化誤差是由于是由于ADC有限字長數(shù)字量對輸入模擬量進有限字長數(shù)字量對輸入模擬量進行離散取樣（量化）而引起的誤差，其大小理論上為行離散取樣（量化）而引起的誤差，其大小理論上為一個一個LSB。n量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的， 提高分辨率可以減小量化誤差提高分辨率可以減小量化誤差2、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換精度n轉(zhuǎn)換精度反映了一個實際轉(zhuǎn)換精度反映了一個實際ADC與一個理想與一個理想ADC在量化值上在量化值上的差值，用絕對誤差或相對誤差來表示。由于理想的差

17、值，用絕對誤差或相對誤差來表示。由于理想ADC也也存在著量化誤差，因此實際存在著量化誤差，因此實際ADC轉(zhuǎn)換精度所對應(yīng)的誤差指轉(zhuǎn)換精度所對應(yīng)的誤差指標(biāo)是標(biāo)是不包括量化誤差不包括量化誤差在內(nèi)的。在內(nèi)的。轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度綜合誤差綜合誤差分項誤差分項誤差偏移誤差偏移誤差滿刻度誤差滿刻度誤差非線性誤差非線性誤差微分非線性誤差微分非線性誤差偏移誤差偏移誤差n偏移誤差：偏移誤差：指輸出為零時，指輸出為零時，輸入不為零的值，所以有輸入不為零的值，所以有時又稱時又稱零點誤差零點誤差。n偏移誤差通常由放大器的偏移誤差通常由放大器的偏移電壓或偏移電流引起，偏移電壓或偏移電流引起，一般可在一般可在ADC的外部加接的

18、外部加接調(diào)節(jié)電位器，將偏移誤差調(diào)節(jié)電位器，將偏移誤差調(diào)至最小。調(diào)至最小。滿刻度誤差滿刻度誤差n滿刻度誤差滿刻度誤差：又稱：又稱增益誤差增益誤差，指，指ADCADC滿滿刻度時輸出的代碼刻度時輸出的代碼所對應(yīng)的實際輸入所對應(yīng)的實際輸入電壓值與理想輸入電壓值與理想輸入電壓值之差。電壓值之差。n滿刻度誤差一般是滿刻度誤差一般是由參考電壓、放大由參考電壓、放大器的放大倍數(shù)、電器的放大倍數(shù)、電阻網(wǎng)絡(luò)誤差等引起。阻網(wǎng)絡(luò)誤差等引起。滿刻度誤差也可通滿刻度誤差也可通過外部電路來修正。過外部電路來修正。非線性誤差非線性誤差n非線性誤差非線性誤差: :指實指實際轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想際轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。直線的最

19、大偏移。n注非線性誤差不包注非線性誤差不包括量化誤差、偏移括量化誤差、偏移誤差和滿刻度誤差。誤差和滿刻度誤差。微分非線性誤差微分非線性誤差n微分非線性誤差：是微分非線性誤差：是指轉(zhuǎn)換器實際階梯電指轉(zhuǎn)換器實際階梯電壓與理想階梯電壓之壓與理想階梯電壓之間的差值。間的差值。n轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指是指ADCADC在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。這個指在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。這個指標(biāo)也可表述為標(biāo)也可表述為轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間，即，即A/DA/D轉(zhuǎn)換從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需的時間，二者互為得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需的時間，二者互為倒數(shù)倒數(shù)。n例如：例如：A/DA/

20、D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率為5MHz5MHz，則其轉(zhuǎn)換時間為，則其轉(zhuǎn)換時間為200ns200ns。n常見有超高速（轉(zhuǎn)換時間常見有超高速（轉(zhuǎn)換時間1ns1ns）、高速（轉(zhuǎn)換時間）、高速（轉(zhuǎn)換時間11s s）、）、中速（轉(zhuǎn)換時間中速（轉(zhuǎn)換時間1ms1ms）和低速（轉(zhuǎn)換時間）和低速（轉(zhuǎn)換時間1s)1s)等。等。3、轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換速率4.滿刻度范圍滿刻度范圍n滿刻度范圍是指滿刻度范圍是指ADC所允許輸入電壓范圍。如所允許輸入電壓范圍。如（05V），（），（010V），（），（-5V+5V）。）。n滿刻度值只是個名義值，實際的滿刻度值只是個名義值，實際的ADC的最大輸?shù)淖畲筝斎胫悼偙葷M刻度值小

21、入值總比滿刻度值小1/2n。這是因為。這是因為0值也是值也是2n個轉(zhuǎn)換器狀態(tài)中的一個。個轉(zhuǎn)換器狀態(tài)中的一個。n例如例如8位位ADC，其滿刻度值為，其滿刻度值為10V，而實際允，而實際允許的最大輸入電壓值為許的最大輸入電壓值為n255/25610=9.96V。 REFninnVVD22 A/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類n逐次逼近式逐次逼近式ADC轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時間一轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時間一般在般在s級，轉(zhuǎn)換精度一般在級，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%上下。他們被廣泛應(yīng)用于上下。他們被廣泛應(yīng)用于中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在線自動檢測系統(tǒng)、動態(tài)測控系統(tǒng)等中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在線自動檢

22、測系統(tǒng)、動態(tài)測控系統(tǒng)等領(lǐng)域中。這類器件與雙積分式領(lǐng)域中。這類器件與雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器相比抗干擾能力較轉(zhuǎn)換器相比抗干擾能力較差，價格也較高。差，價格也較高。n積分式積分式ADC核心部件是積分器，因此速度慢通常低于核心部件是積分器，因此速度慢通常低于20次次/s，其轉(zhuǎn)換時間一般在，其轉(zhuǎn)換時間一般在ms級或更長，但抗干擾性能強，轉(zhuǎn)級或更長，但抗干擾性能強，轉(zhuǎn)換精度可達換精度可達0.01%或更高。廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字儀表（如或更高。廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字儀表（如數(shù)字萬用表、高精度電壓表）和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。數(shù)字萬用表、高精度電壓表）和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。并行式并行式ADCn并行式又稱閃爍式（瞬時比較編碼

23、式并行式又稱閃爍式（瞬時比較編碼式A/D轉(zhuǎn)換器），由轉(zhuǎn)換器），由于采用并行比較，因而轉(zhuǎn)換速率可以達到很高，其轉(zhuǎn)換于采用并行比較，因而轉(zhuǎn)換速率可以達到很高，其轉(zhuǎn)換時間可達時間可達ns級，但抗干擾性較差，由于工藝限制，其分級，但抗干擾性較差，由于工藝限制，其分辨率一般不高于辨率一般不高于8位。這類位。這類ADC可用于數(shù)字示波器等要可用于數(shù)字示波器等要求轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，并且在數(shù)字通信技術(shù)和高速求轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中，并且在數(shù)字通信技術(shù)和高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)中得到了重視和應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集技術(shù)中得到了重視和應(yīng)用。改進型改進型ADC5.6.2 逐次比較式逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器與微型計算機接口轉(zhuǎn)換器與微型計

24、算機接口n一、逐次逼近式一、逐次逼近式A/D原理概述原理概述n二、二、ADC0809芯片及其接口芯片及其接口二、二、ADC0809芯片及其接口芯片及其接口nADC0809ADC0809是是8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器，具有具有8 8個模擬量輸個模擬量輸入通道，入通道，它能分時的對它能分時的對8路模擬量信號進行路模擬量信號進行A/D轉(zhuǎn)換，結(jié)轉(zhuǎn)換，結(jié)果為果為8位二進制數(shù)。位二進制數(shù)。n最大不可調(diào)誤差小于最大不可調(diào)誤差小于1LSB1LSB，典型時鐘頻率為，典型時鐘頻率為640kHz640kHz，每每一一通道的轉(zhuǎn)換通道的轉(zhuǎn)換約需約需66736673個時鐘周期，因此轉(zhuǎn)換個時鐘周

25、期，因此轉(zhuǎn)換時間約時間約為為100s100s。ADC0809ADC0809沒有內(nèi)部時鐘，必須由外部提供，其沒有內(nèi)部時鐘，必須由外部提供，其范圍為范圍為10101280kHz1280kHz。 1. ADC0809的引腳及結(jié)構(gòu)的引腳及結(jié)構(gòu)2. ADC0809的時序的時序3. ADC0809與與8051的接口及程序設(shè)計的接口及程序設(shè)計ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 2827262524232221201912345678910IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLK1112131418171615D4D0

26、VREF-D2VCCVREF+GNDD1ADC0809IN0IN0IN7:IN7:8 8個通道的模擬量輸入端?？奢斎雮€通道的模擬量輸入端?？奢斎?0 05V5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。A、B、C：通道選擇端。當(dāng)通道選擇端。當(dāng)CBA=000CBA=000時，時，IN0IN0輸輸 入；當(dāng)入；當(dāng)CBA=111CBA=111時，時，IN7IN7輸入。輸入。ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把處把A A、B B、C C的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)地的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)地址鎖存器中，從而選通址鎖存器中，從而選通8 8路模擬信號中的某一路模擬信號中

27、的某一路。路。 STARTSTART：啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。從啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。從STARTSTART端輸入端輸入一個正脈沖，其下跳沿啟動一個正脈沖，其下跳沿啟動ADC0809ADC0809開始轉(zhuǎn)換。開始轉(zhuǎn)換。脈沖寬度應(yīng)不小于脈沖寬度應(yīng)不小于100100200ns200ns。D0D0D7D7：8 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7D7是是最高位，最高位，D0D0是最低位。是最低位。REFREF（- -）、）、REFREF（+ +）：）：參考電壓輸入端。參考電壓輸入端。ADC0809ADC0809的參考電壓為的參考電壓為5V5V。V VCCCC、GNDGND：供電電源

28、端。供電電源端。ADC0809ADC0809使用使用5V5V單一電源供電。單一電源供電。 CLKCLK：外部時鐘輸入信號，時鐘頻率決定了外部時鐘輸入信號，時鐘頻率決定了A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率， ADC0809ADC0809每一通道的轉(zhuǎn)換約需每一通道的轉(zhuǎn)換約需66667373個時鐘周期，個時鐘周期，ADC0809ADC0809的典的典 型時鐘頻率為型時鐘頻率為640kHz640kHz，轉(zhuǎn)換時間約為，轉(zhuǎn)換時間約為100s100s。EOCEOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng)EOCEOC為高電平時表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，啟動為高電平時表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，啟動 A/DA/D轉(zhuǎn)換時

29、它自動變?yōu)榈碗娖?。轉(zhuǎn)換時它自動變?yōu)榈碗娖?。OEOE：輸出允許端。輸出允許端。OEOE為低電平時，為低電平時，D0D0D7D7為高阻狀態(tài)，為高阻狀態(tài)，OEOE為高電平為高電平 時，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。時，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。實現(xiàn)實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的控制方式轉(zhuǎn)換的控制方式n程序查詢方式程序查詢方式n延時等待方式延時等待方式n中斷方式中斷方式轉(zhuǎn)換程序的功能是將由轉(zhuǎn)換程序的功能是將由IN0端輸入的端輸入的05V模擬信號轉(zhuǎn)模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量換為對應(yīng)的數(shù)字量00HFFH，然后再存入，然后再存入8051內(nèi)部內(nèi)部RAM的的30H單元中。令單元中。令8051的晶振頻率為的晶振頻率為12MHz。程序查詢方式程序查

30、詢方式n程序查詢方式就是首先由微處理器向程序查詢方式就是首先由微處理器向ADC發(fā)出啟動信發(fā)出啟動信號，然后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，若號，然后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀入數(shù)據(jù)，否則在繼續(xù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀入數(shù)據(jù)，否則在繼續(xù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)束信號進行查詢，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束再讀入數(shù)據(jù)。信號進行查詢，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束再讀入數(shù)據(jù)。n這種程序設(shè)計方法比較簡單，可靠性高，但由于微機這種程序設(shè)計方法比較簡單，可靠性高，但由于微機把許多時間都消耗在把許多時間都消耗在“查詢查詢”上，因而效率低。實際上，因而效率低。實際應(yīng)用系統(tǒng)對于這點時間還是允許的，因此，這種方法應(yīng)用系統(tǒng)對于這

31、點時間還是允許的，因此，這種方法應(yīng)用比較普遍。應(yīng)用比較普遍。延時等待方式延時等待方式n所謂延時等待方式是指在向所謂延時等待方式是指在向A/D發(fā)出啟動信號發(fā)出啟動信號后，先根據(jù)所采用的后，先根據(jù)所采用的A/D轉(zhuǎn)換器所需的轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換器所需的轉(zhuǎn)換時間間(例如例如ADC0809為為100s)進行軟件延時等進行軟件延時等待，延時程序執(zhí)行后，待，延時程序執(zhí)行后，A/D轉(zhuǎn)換過程也已結(jié)束，轉(zhuǎn)換過程也已結(jié)束，便可讀入數(shù)據(jù)。便可讀入數(shù)據(jù)。n在這種方式中，為了保險起見，通常延時時間在這種方式中，為了保險起見，通常延時時間應(yīng)略大于應(yīng)略大于A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，占用了較多轉(zhuǎn)換所需要的時間，占用了較多的時間，因而多用于

32、微處理器處理任務(wù)比較少的時間，因而多用于微處理器處理任務(wù)比較少的場合。這種方法的優(yōu)點是可靠性高，不占用的場合。這種方法的優(yōu)點是可靠性高，不占用查詢端口。查詢端口。中斷方式中斷方式n在中斷方式中，微處理器啟動在中斷方式中，微處理器啟動A/D轉(zhuǎn)換后可轉(zhuǎn)去處理轉(zhuǎn)換后可轉(zhuǎn)去處理其他事情，其他事情， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后便向微處理器發(fā)出中斷申轉(zhuǎn)換結(jié)束后便向微處理器發(fā)出中斷申請信號，微處理器響應(yīng)中斷后再來讀入數(shù)據(jù)。請信號，微處理器響應(yīng)中斷后再來讀入數(shù)據(jù)。n這種方式下，微處理器與這種方式下，微處理器與A/D轉(zhuǎn)換器并行工作，提高轉(zhuǎn)換器并行工作，提高了工作效率。了工作效率。4.6.3 積分式積分式A/D轉(zhuǎn)換器與微型

33、計算機接口轉(zhuǎn)換器與微型計算機接口積分式積分式A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接式轉(zhuǎn)換器是一種間接式A/D轉(zhuǎn)換器，其工作轉(zhuǎn)換器，其工作原理：先用積分器把輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量（時原理：先用積分器把輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量（時間間T或頻率或頻率f），然后再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。），然后再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。101012111TRCUUdtURCUdtURCdUdtdUCRUittiiBBi 101TRCUUi 2010132)(101TRCUUdtURCUdtURCdUdtdUCRURttRABBA iRUUTT12 201TRCUUR iRUUNN12 雙積分式雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點：轉(zhuǎn)換器優(yōu)點：抗干擾能

34、力強：因為抗干擾能力強：因為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果與輸入信號的平均值成轉(zhuǎn)換的結(jié)果與輸入信號的平均值成正比。正比。性能性能/價格比高：由于在轉(zhuǎn)換過程中的兩次積分中使用了同價格比高：由于在轉(zhuǎn)換過程中的兩次積分中使用了同一積分器，又使用了同一時鐘去測一積分器，又使用了同一時鐘去測T1，T2。因此對積分器。因此對積分器和時鐘的穩(wěn)定性等指標(biāo)都要求不高，成本降低。和時鐘的穩(wěn)定性等指標(biāo)都要求不高，成本降低。缺點：缺點：速度慢。速度慢。積分器和比較器的失調(diào)偏移不能在兩次積分中的低消，會造積分器和比較器的失調(diào)偏移不能在兩次積分中的低消，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。成較大的轉(zhuǎn)換誤差。MC14433A/D芯片及其接口芯片及其接

35、口n主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n原理及引腳圖原理及引腳圖n時序時序n與與8051的接口及程序的接口及程序 MC14433 MC14433是美國是美國MotorolaMotorola公司推出的單片公司推出的單片3 1/23 1/2位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器所有的轉(zhuǎn)換器所有的CMOSCMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成

36、一個完整的自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 MC14433MC14433最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計最主要的用途是數(shù)字電壓表，數(shù)字溫度計等各類數(shù)字化儀表及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的A/DA/D轉(zhuǎn)換接口。轉(zhuǎn)換接口。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志端，每一轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后，該轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志端，每一轉(zhuǎn)換周期結(jié)束后，該端輸出一脈寬為端輸出一脈寬為1/2時鐘周期的正脈沖。時鐘周期的正脈沖。DU:轉(zhuǎn)換更新控制端。當(dāng)向該端輸入一正脈沖時，則當(dāng)轉(zhuǎn)換更新控制端。當(dāng)向該端輸入一正脈沖時，則當(dāng)前轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入到輸出鎖存器，否則

37、輸前轉(zhuǎn)換周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果將被送入到輸出鎖存器，否則輸出鎖存器講保留原來的數(shù)據(jù)。若出鎖存器講保留原來的數(shù)據(jù)。若DU與與EOC連接，則每一連接，則每一次轉(zhuǎn)換結(jié)果都將被自動送出。次轉(zhuǎn)換結(jié)果都將被自動送出。Q0,Q1,Q2,Q3:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。采用轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。采用BCD碼，其中碼，其中Q0為為LSB，Q3為為MSB。DS1,DS2,DS3,DS4:多路調(diào)制選通脈沖信號輸出端多路調(diào)制選通脈沖信號輸出端DS1期間，輸出端期間，輸出端Q3Q0除表千位信息外，還有超欠量程和極性標(biāo)志信號，具除表千位信息外，還有超欠量程和極性標(biāo)志信號，具體規(guī)定為：體規(guī)定為：Q3表千位數(shù)，表千位數(shù)，Q3=“0” 對應(yīng)對應(yīng)

38、1，反之對應(yīng)，反之對應(yīng)0Q2表極性，表極性，“1”表正，表正，“0”表負(fù)。表負(fù)。Q0=“1”表超或欠量程，當(dāng)表超或欠量程，當(dāng)Q3=“1”時欠量程，為時欠量程，為“0”超量程超量程Q3Q2Q1Q0+0 01 11 11 10 0-0 01 10 01 10 0+0 0欠量程欠量程1 11 11 11 1-0 0欠量程欠量程1 10 01 11 1+1 10 01 10 00 0-1 10 00 00 00 0+1 1過量程過量程0 01 11 11 1-1 1過量程過量程0 00 01 11 1DS1選通時的高位含義選通時的高位含義BCD碼碼3.8.2 并行并行DAC及接口及接口n一、工作原理一

39、、工作原理2d2d2d2d2VU001122334REF0二、二、D/A轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出形式轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出形式D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入端可以分為：轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入端可以分為：不含數(shù)據(jù)鎖存器；不含數(shù)據(jù)鎖存器；含單個數(shù)據(jù)鎖存器；含單個數(shù)據(jù)鎖存器；含雙個數(shù)據(jù)鎖存器含雙個數(shù)據(jù)鎖存器D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路有單極性和雙極性之分：轉(zhuǎn)換器的輸出電路有單極性和雙極性之分：單極性輸出電路：單極性輸出電路：雙極性輸出電路：雙極性輸出電路：單極性輸出電路8位DAC輸出輸入關(guān)系：D2VU8REFOUT雙極性輸出電路輸出輸入關(guān)系：)VU2(UREF1OUTR2UR2VRUOUTREF1D2VU8REF1REF7R

40、EFOUTVD2VU3.8.3 DAC0832及其與微機接口及其與微機接口8 8位分辨率的位分辨率的D/AD/A芯片，內(nèi)部有兩級鎖存功能；芯片，內(nèi)部有兩級鎖存功能；無內(nèi)部參考電源，需外接；無內(nèi)部參考電源，需外接；輸出是電流型，要獲得電壓輸出需外加轉(zhuǎn)換電路。輸出是電流型，要獲得電壓輸出需外加轉(zhuǎn)換電路。8位位輸入輸入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DI7DI0ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模擬地模擬地 )單緩沖 雙緩沖 正弦波 1LE*)1(WRCSILE 2*)2(WRXFERLE 時時，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)被被鎖鎖存存時時，輸輸出出跟跟隨隨輸輸入入0LE1LE 1、直通式工作方式應(yīng)用、直通式工作方式應(yīng)用2、單緩沖方式應(yīng)用、單緩沖方式應(yīng)