醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件

數(shù)字化醫(yī)療儀器第二章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字化醫(yī)療儀器第二章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字化醫(yī)療儀器第二章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字化醫(yī)療儀第一章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)一、能力培養(yǎng)要點(diǎn)1、模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)與調(diào)試能力。2、模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)與調(diào)試能力。3、數(shù)字化醫(yī)療儀器醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（基于單片機(jī)和PC機(jī)）軟硬件的構(gòu)成與調(diào)試能力。第一章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)一、能力培養(yǎng)要點(diǎn)第一章醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)一、能力培養(yǎng)要點(diǎn)第一章二、主要習(xí)題1、A/D轉(zhuǎn)換器的類型、質(zhì)量評價(jià)水平的技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)是什么？2、ADC0809與8031單片機(jī)的接口電路與數(shù)據(jù)采集過程？3、12位AD574與8031單片機(jī)的接口電路特點(diǎn)？4、積分式MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與8031單片機(jī)接口工作原理？5、并行比較式高速ADC結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？6、D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)參數(shù)是什么？二、主要習(xí)題1、A/D轉(zhuǎn)換器的類型、質(zhì)量評價(jià)水平的技術(shù)指標(biāo)和二、主要習(xí)題1、A/D轉(zhuǎn)換器的類型、質(zhì)量評價(jià)水平的技術(shù)指標(biāo)和二、主要習(xí)題7、DAC0832與8031單片機(jī)單、雙緩沖接口電路工作原理？8、DAC0832與8031的輸出接口電路應(yīng)用方式？9、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)工作原理？10、采樣定理的基本內(nèi)容是什么？數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中為何要使用采樣保持器？11、簡述基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理。12、簡述基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理。二、主要習(xí)題7、DAC0832與8031單片機(jī)單、雙緩沖接口二、主要習(xí)題7、DAC0832與8031單片機(jī)單、雙緩沖接口本章內(nèi)容模擬量輸入通道模擬量輸出通道醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)本章內(nèi)容模擬量輸入通道本章內(nèi)容模擬量輸入通道本章內(nèi)容模擬量輸入通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)信號數(shù)字化的基礎(chǔ)

人體的各種物理量，如生物電位、心音、體溫、血壓、血流、肌電、腦電、神經(jīng)傳導(dǎo)速度等，采用各種傳感器將其變成電信號，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號檢測及預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D），變成適合于微處理機(jī)使用的數(shù)字量供系統(tǒng)處理。同樣，微處理器處理后的數(shù)據(jù)往往又需要使用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）及適應(yīng)的接口將其變換成模擬量送出，如圖2-1所示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)信號數(shù)字化的基礎(chǔ)人體的各種物理量，如生物數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)信號數(shù)字化的基礎(chǔ)人體的各種物理量，如生物模擬量輸入/輸出通道示意A/D轉(zhuǎn)換器及其接口統(tǒng)稱為模擬量輸入通道；D/A轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)接口稱為模擬量輸出通道。D/A轉(zhuǎn)換傳感器并行接口A/D轉(zhuǎn)換信號檢測預(yù)處理微處理機(jī)模擬量輸入/輸出通道示意A/D轉(zhuǎn)換器及其接口統(tǒng)稱為模擬量輸入模擬量輸入/輸出通道示意A/D轉(zhuǎn)換器及其接口統(tǒng)稱為模擬量輸入2.1模擬量輸入通道

2.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述一．概述A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，這個(gè)模擬量泛指電壓、電流、時(shí)間等參量,但通常情況下，模擬量是指電壓參量。在A/D轉(zhuǎn)換的過程中通常要完成采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。2.1模擬量輸入通道

2.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述一．概述2.1模擬量輸入通道

2.1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述一．概述A/D轉(zhuǎn)換的過程采樣量化編碼A/D轉(zhuǎn)換的過程A/D轉(zhuǎn)換的過程采樣量化編碼A/D轉(zhuǎn)換的過程A/D轉(zhuǎn)換的過程采樣量化編碼A/D轉(zhuǎn)換的過程A/D轉(zhuǎn)換的過程1．

采樣待采樣的模擬信號是連續(xù)的，可看成無限多個(gè)瞬時(shí)值組成，而A/D轉(zhuǎn)換以及計(jì)算機(jī)處理需要一定的時(shí)間，不可能把每一個(gè)瞬時(shí)值都轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，必須在連續(xù)變化的模擬量上按周期取樣的規(guī)律取出某一些瞬時(shí)值來代表這個(gè)模擬量，這個(gè)過程就是采樣。1．

采樣待采樣的模擬信號是連續(xù)的，可看成無限多個(gè)瞬時(shí)值組1．

采樣待采樣的模擬信號是連續(xù)的，可看成無限多個(gè)瞬時(shí)值組tf(t)f(t)fs（t)S（t)采樣器輸入輸出波形

tS（t)tfs（t)采樣是通過采樣保持電路實(shí)現(xiàn)的，采樣器（電子模擬開關(guān)）在控制脈沖s(t)的控制下，周期性地把隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號f(t)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間上的離散的模擬信號fs(t)。tf(t)f(t)fs（t)S（t)采樣器輸入輸出波形tStf(t)f(t)fs（t)S（t)采樣器輸入輸出波形tS輸出信號能否如實(shí)反映原始輸入信號？采樣得到的信號fs(t)的值和原始輸入信號f(t)在相應(yīng)的瞬時(shí)值相同，因此采樣后的信號在量值上仍然是連續(xù)的?？梢宰C明：當(dāng)采樣器的采樣頻率fS高于或至少等于輸入信號最高頻率fm的兩倍時(shí)（即fS≥2fm時(shí)），采樣輸出信號fs(t)（采樣器脈沖序列）能代表或恢復(fù)成輸入模擬信號f(t)，這就是采樣定理。輸出信號能否如實(shí)反映原始輸入信號？采樣得到的信號fs(t)的輸出信號能否如實(shí)反映原始輸入信號？采樣得到的信號fs(t)的如何知道輸入信號f(t)的頻率，特別是它的最高頻率fm？信號“最高頻率”指的是輸入信號經(jīng)頻譜分析后得到的最高頻率分量?！盎謴?fù)”指的是樣品序列fS(t)通過截止頻率為fm的理想低通濾波器后，能得到的原始信號f(t)。在應(yīng)用中，一般取采樣頻率fS為最高頻率fm

的4～8倍。簡單模擬信號的頻譜范圍是已知的，如溫度低于1Hz，聲音為20Hz～20000Hz。復(fù)雜信號要用傅立葉變換算出，或用頻譜分析儀測得，也可用試驗(yàn)的方法選取最合適的fS。如何知道輸入信號f(t)的頻率，特別是它的最高如何知道輸入信號f(t)的頻率，特別是它的最高2.量化

所謂量化，就是以一定的量化單位把數(shù)值上連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值上離散的階躍量的過程。量化相當(dāng)于只取近似整數(shù)商的除法運(yùn)算。量化單位用q表示，對于模擬量小于一個(gè)q的部分，可以用舍掉的方法使之整量化，通常為了減少誤差采用“四舍五入”的方法使之整量化。這種量化方法的輸入輸出特性如圖2-3所示，圖中虛線表示量化單位為0時(shí)的特性，實(shí)線表示實(shí)際特性。2.量化所謂量化，就是以一定的量化單位把數(shù)值上連續(xù)的模擬2.量化所謂量化，就是以一定的量化單位把數(shù)值上連續(xù)的模擬q/2X(t)5q4q3q2q

q0Y(t)

q2q3q4q5qX(t)Y(t)量化裝置（a）ε+q/2－q/2X(t)（b）（c）

量化過程舍入誤差為量化誤差。以ε=x(t)-y(t)表示量化誤差，量化誤差有正有負(fù)（圖2-3(c)）,最大為±q/2，平均誤差為0。最大誤差隨量化單位而改變，q愈小ε也愈小。量化單位用q表示，對于模擬量小于一個(gè)q的部分，可以用舍掉的方法使之整量化，通常為了減少誤差采用“四舍五入”的方法使之整量化。這種量化方法的輸入輸出特性如圖所示，圖中虛線表示量化單位為0時(shí)的特性，實(shí)線表示實(shí)際特性。q/2X(t)5q4q3q2qq0Y(t)qq/2X(t)5q4q3q2qq0Y(t)q3．

編碼編碼往往涉及到A/D轉(zhuǎn)換的具體應(yīng)用，若考慮為雙極性信號，可采用補(bǔ)碼方式；若強(qiáng)化二進(jìn)制數(shù)據(jù)的可靠性，可采用格雷碼。

3．

編碼編碼往往涉及到A/D轉(zhuǎn)換的具體應(yīng)用，若考慮為雙極性3．

編碼編碼往往涉及到A/D轉(zhuǎn)換的具體應(yīng)用，若考慮為雙極性二．A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

1．分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率指轉(zhuǎn)換器能分辨最小的量化信號的能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以習(xí)慣上以輸出二進(jìn)制數(shù)或BCD碼數(shù)的位數(shù)來表示。如ADC0809的分辨率為8位，即表示該轉(zhuǎn)換器可以用28個(gè)二進(jìn)制數(shù)對輸入模擬量進(jìn)行量化，其分辨率為1LSB（最低有效位值），若最大允許輸入電壓為10V，則可計(jì)算出它能分辨輸入模擬電壓的最小變化量1LSB=39.06mV。二．A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

1．分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率指二．A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

1．分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率指2.轉(zhuǎn)換精度

轉(zhuǎn)換精度反映實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與理想A/D轉(zhuǎn)換器量化值上的差。用絕對或相對誤差來表示（1）絕對精度指的是在A/D輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字代碼，實(shí)際需要的模擬輸入值與理論上要求的模擬輸入值之差（中間模擬值）。（2）相對精度指的是A/D滿度值校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字輸出所對應(yīng)的實(shí)際模擬輸入值（中間值）與理論值（中間值）之差。2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度反映實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與理想A/D轉(zhuǎn)換2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度反映實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與理想A/D轉(zhuǎn)換3．轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。這個(gè)指標(biāo)也可以表述為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即A/D轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)到結(jié)束所需的時(shí)間，兩者互為倒數(shù)。例如，某A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率為5KHz，則其轉(zhuǎn)換時(shí)間是200s。

3．轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所3．轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘內(nèi)所例題

某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s（秒）內(nèi)對16個(gè)熱電偶的輸出電壓分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為0～0.025V（對應(yīng)于0～450oC溫度范圍），需要分辨的溫度為0.1oC，試問應(yīng)選擇多少位的A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是多少?

例題某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s（秒）例題某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s（秒）

解：對于0～450oC溫度范圍，信號電壓為0～0.025V，分辨溫度為0.1oC，這相當(dāng)于1/4500的分辨率。12位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/4096，所以必須選用13位的A/D轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)的取樣速率為每秒16次，取樣時(shí)間為62.5ms。對于這樣慢速的取樣，任何一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器都可達(dá)到?？蛇x用帶有取樣-保持（S/H）的逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器或不帶S/H的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器均可。

解：對于0～450oC溫度范圍，信號電壓為0～0.025

解：對于0～450oC溫度范圍，信號電壓為0～0.0254.滿刻度范圍

滿刻度范圍是指A/D所允許輸入電壓范圍。如（0～5）V，（0～10）V，（-5～+5）V等。滿刻度只是個(gè)名義值，實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入值總比滿刻度小1/2n（n為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。這是因?yàn)?值也是2n個(gè)轉(zhuǎn)換器狀態(tài)中的一個(gè)。例如12位的A/D轉(zhuǎn)換器，其滿刻度值為10V，而實(shí)際允許的最大輸入電壓值為:

10V*212-1/212=9.9976V4.滿刻度范圍滿刻度范圍是指A/D所允許輸入電4.滿刻度范圍滿刻度范圍是指A/D所允許輸入電A/D轉(zhuǎn)換器的種類

常用的有逐次逼近式、積分式、并行式等三類。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在1～100s之間，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%上下，適用于一般場合。積分式A/D轉(zhuǎn)換器速度較慢，其轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在ms級。適用于要求精度高，但轉(zhuǎn)換速度較慢的儀器中使用。并行式又稱閃爍式，采用并行比較，因而轉(zhuǎn)換速率可以達(dá)到很高，其轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)ns級，可用于醫(yī)學(xué)圖象處理等轉(zhuǎn)換速度較快的儀器中。A/D轉(zhuǎn)換器的種類

常用的有逐次逼近式、積分式、并行式等三類A/D轉(zhuǎn)換器的種類

常用的有逐次逼近式、積分式、并行式等三類2.1.2 逐次逼近式ADC

逐次逼近式A/D原理概述

N位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器（見下頁圖），由N位寄存器、N位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、邏輯控制電路、輸出緩沖器等五部分組成。工作原理：啟動(dòng)信號作用后，時(shí)鐘信號先通過邏輯控制電路使N位寄存器的最高位DN-1為1，以下各位為0，這個(gè)二進(jìn)制代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U0（此時(shí)為全量程電壓的一半）送到比較器與輸入模擬電壓UX比較。若UX>U0，則保留這一位；若UX<U0，則DN-1

位置0。2.1.2 逐次逼近式ADC

逐次逼近式A/D原理概2.1.2 逐次逼近式ADC

逐次逼近式A/D原理概邏輯控制N位存儲(chǔ)器輸出緩沖器D/A轉(zhuǎn)換器-+比較器時(shí)鐘啟動(dòng)EOCOEUxUoURDo~DN-1邏輯控制N位存儲(chǔ)器輸D/A轉(zhuǎn)換器-比較器時(shí)鐘啟動(dòng)EOCOEU邏輯控制N位存儲(chǔ)器輸D/A轉(zhuǎn)換器-比較器時(shí)鐘啟動(dòng)EOCOEUA/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換過程已不重要目前，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器大都做成單片集成電路的形式，因而A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換過程已不是非常重要。使用時(shí)只需發(fā)出A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，然后在EOC端查知A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后，取出數(shù)據(jù)即可。這類芯片有ADC0809、ADC1210、ADC7574、AD574、TLC549、MAX1241等是應(yīng)用得最多的A/D轉(zhuǎn)換器類型。A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換過程已不重要目前，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換過程已不重要目前，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片及其接口

ADC0809是8路8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它能分時(shí)地對8路模擬量信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，它由三大部分組成：第一部分是:8路輸入模擬量選擇電路；第二部分是:一個(gè)逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器；第三部分是:三態(tài)輸出緩沖鎖存器。ADC0809芯片及其接口ADC0809是8路8位逐次逼ADC0809芯片及其接口ADC0809是8路8位逐次逼ADC0809主要特性主要特性

1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。

2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?/p>

3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs

4）單個(gè)＋5V電源供電

5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度

7）低功耗，約15mW。ADC0809主要特性主要特性

1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809主要特性主要特性

1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809引腳功能ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，輸入，高電平有效。EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。ADC0809引腳功能ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平ADC0809引腳功能ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平圖2-5ADC0809原理結(jié)構(gòu)圖

ADC0809原理結(jié)構(gòu)圖圖2-5ADC0809原理結(jié)構(gòu)圖ADC0809原理結(jié)圖2-5ADC0809原理結(jié)構(gòu)圖ADC0809原理結(jié)醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件8路輸入模擬量選擇電路8路輸入模擬量選擇電路：8路輸入模擬量信號分別接到IN0到IN7端，究竟選通哪一路去進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換由地址鎖存器與譯碼器電路控制，見表2-1所示。A，B，C為輸入地址選擇線，地址信息由ALE的上升沿打入地址鎖存器。ALECBA接通信號111111110000001010011100101110111

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7均不通表2-1ADC0809真值表

8路輸入模擬量選擇電路8路輸入模擬量選擇電路：8路輸入模擬量8路輸入模擬量選擇電路8路輸入模擬量選擇電路：8路輸入模擬量ADC0809工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地ADC0809工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：順序砝碼重比較判斷暫時(shí)結(jié)果18g8g<13g保留8g28+4g12g<13g保留12g38+4+2g14g>13g撤消12g48+4+1g13g=13g保留13g逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原A/D轉(zhuǎn)換流程框圖A/D轉(zhuǎn)換流程框圖A/D轉(zhuǎn)換流程框圖A/D轉(zhuǎn)換流程框圖逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

START為啟動(dòng)信號，要求輸入正脈沖信號，在上升沿復(fù)位內(nèi)部逐次逼近寄存器，在下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，“0”表示正在轉(zhuǎn)換，“1”表示一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。CLOCK為外部時(shí)鐘輸入信號，時(shí)鐘頻率決定了A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，ADC0809每一通道的轉(zhuǎn)換約需（66～73）個(gè)時(shí)鐘周期，當(dāng)時(shí)鐘頻率取640KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換一次約需100s時(shí)間，這是ADC0809所能允許的最短轉(zhuǎn)換時(shí)間。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器START為啟動(dòng)信號，要求輸入正脈沖逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器START為啟動(dòng)信號，要求輸入正脈沖三態(tài)輸出緩沖鎖存器A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是由EOC信號打入三態(tài)輸出緩沖鎖存器。OE為輸出允許信號，當(dāng)向OE端輸入一個(gè)高電平時(shí)，三態(tài)門電路被選通，這時(shí)便可讀取結(jié)果。否則緩沖鎖存器輸出為高阻態(tài)。三態(tài)輸出緩沖鎖存器A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是由EOC信號打入三態(tài)輸三態(tài)輸出緩沖鎖存器A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是由EOC信號打入三態(tài)輸ADC0809的時(shí)序圖

ADC0809的時(shí)序圖如圖2-6所示。在啟動(dòng)ADC0809后，EOC約在10s后才變?yōu)榈碗娖?，因而在用START啟動(dòng)0809轉(zhuǎn)換器后，不能立即通過檢測EOC來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，而應(yīng)等待約10s再檢測，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)果。編程時(shí)必須注意到這一點(diǎn)。ADC0809的時(shí)序圖ADC0809的時(shí)序圖如圖2-6所示ADC0809的時(shí)序圖ADC0809的時(shí)序圖如圖2-6所示穩(wěn)定時(shí)鐘ALE地址INxSTARTEOCOE輸出ADC0809時(shí)序圖穩(wěn)定穩(wěn)定時(shí)鐘ADC0809時(shí)序圖穩(wěn)定穩(wěn)定時(shí)鐘ADC0809時(shí)序圖穩(wěn)定穩(wěn)定時(shí)鐘ADC0809時(shí)序圖醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件ADC0809與單片機(jī)8031接口電路

ADC0809輸出帶有三態(tài)輸出緩沖鎖存器，因而不加I/O接口芯片，可以直接接到微機(jī)系統(tǒng)的總線上。ADC0809的時(shí)鐘信號（CLOCK）由8031的ALE端的輸出脈沖（其頻率為8031時(shí)鐘頻率的1/6）經(jīng)二分頻得到，8031由地址線P2.0和讀寫控制線啟動(dòng)ADC0809的START、地址鎖存ALE和輸出允許OE信號。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC反相后連至8031的INT1（P3.3）。模擬輸入通道地址的譯碼輸入信號A，B，C由P0.0～P0.2提供。根據(jù)以上連接，0809的地址為FEFFH。ADC0809與單片機(jī)8031接口電路ADC0809輸出帶ADC0809與單片機(jī)8031接口電路ADC0809輸出帶８０３１０８０９74LS373CDQQ>1>111+5ｖIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ALEP0INTRDP2.0WRAB0~7ABCD0～７EOCOEALESTARTVCCR+R-ＧＮＤＣＬＯＣＫＰ０.０～０.２８０３１０74LSCD>1>111+5ｖIN0ALEI８０３１０74LSCD>1>111+5ｖIN0ALEI單周期指令的時(shí)序單周期指令的時(shí)序單周期指令的時(shí)序單周期指令的時(shí)序醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式

常用的控制方式主要有：程序查詢方式、延時(shí)等待方式和中斷方式。1．程序查詢方式 微處理器向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動(dòng)信號后，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)；否則再繼續(xù)查詢，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束再讀入數(shù)據(jù)。 這種方法微機(jī)“查詢”消耗許多時(shí)間，因而效率低，但比較簡單，可靠性高。實(shí)際應(yīng)用還是比較普遍的。A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式常用的控制方式主要有：程序查詢A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式常用的控制方式主要有：程序查詢A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式2．延時(shí)等待方式 啟動(dòng)A/D后，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間（如ADC0809為100s）軟件延時(shí)等待，延時(shí)結(jié)束，讀入數(shù)據(jù)。這種方法可靠性高，不占查詢端口。3．中斷方式 在中斷方式中，微處理器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后可轉(zhuǎn)去處理其他事情，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束便向微處理器發(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)。微處理器與A/D轉(zhuǎn)換器并行工作，提高了工作效率。A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式2．延時(shí)等待方式A/D轉(zhuǎn)換常用的軟件控制方式2．延時(shí)等待方式A/D轉(zhuǎn)換常用的ADC0809與單片機(jī)8031接口實(shí)例以下結(jié)合圖2-7所示的ADC0809與單片機(jī)8031接口電路，給出查詢、延時(shí)和中斷這三種方式下的轉(zhuǎn)換程序。轉(zhuǎn)換程序的功能是將由IN0端輸入的0～5V模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量00H～FFH，然后再存入8031內(nèi)部RAM的30H單元中。ADC0809與單片機(jī)8031接口實(shí)例以下結(jié)合圖2-7所示的ADC0809與單片機(jī)8031接口實(shí)例以下結(jié)合圖2-7所示的a. 查詢方式

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H

;賦通道0地址

MOVX@DPTR,A;啟動(dòng)IN0轉(zhuǎn)換

MOV R2,#20HDLY:DJNZR2,DLY;延時(shí),等待EOC變低WAIT:JB P3.3,WAIT;查詢,等待EOC變高

MOVXA,@DPTR MOV 30H,A;結(jié)果存30Ha. 查詢方式MOV DPTa. 查詢方式MOV DPTb. 延時(shí)等待方式

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H;賦通道0地址

MOVX@DPTR,A;啟動(dòng)IN0轉(zhuǎn)換

MOV R2,#40HWAIT:DJNZ R2,DLY;延時(shí)約120uS MOVXA,@DPTR MOV 30H,A;結(jié)果存30H

b. 延時(shí)等待方式MOV b. 延時(shí)等待方式MOV c.中斷方式

主程序：

MAIN: SETB IT1；選INT1為邊沿觸發(fā)

SETB EX1；允許INT1中斷

SETB EA；打開中斷

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H

MOVX@DPTR,A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

；執(zhí)行其他任務(wù)c.中斷方式主程序：c.中斷方式主程序：c.中斷方式主程序：中斷服務(wù)程序INT1: PUSH DPL；保護(hù)現(xiàn)場

PUSH DPH PUSHA MOV DPTR,#0FEFFH MOVX A,@DPTR；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV 30H,A；結(jié)果存30H MOV A,00H

MOVX @DPTR,A

；啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換

POP A POP DPH POP DPL；返回現(xiàn)場

RETI

；返回中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWR

P2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+VREF-ADC08098051分頻器ADC0809與MCS-51單片機(jī)的接口1．硬件連接P0.0++D0IN08051分ADC0809與MCS-51P0.0++D0IN08051分ADC0809與MCS-51匯編語言編程：ORG0003HLJMPINT0ORG0100H；主程序MOVR0，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值SETBIT0；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式SETBEA；CPU開放中斷SETBEX0；允許外部中斷0中斷MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無意義HERE：SJMPHERE；等待中斷2．軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。采樣完一遍后停止采集。匯編語言編程：2．軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的匯編語言編程：2．軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的ORG0200H；中斷服務(wù)程序INT0：MOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM單元INCDPTR；指向下一模擬通道INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DJNZR2，NEXT；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)CLREA；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷CLREX0；禁止外部中斷0中斷RETI；中斷返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換RETI；中斷返回ORG0200H；中斷服ORG0200H；中斷服C語言編程：#include<reg51.h>#include<absacc.h>//定義絕對地址訪問#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定義IN0為通道0的地址staticuchardatax[8];//定義8個(gè)單元的數(shù)組，存放結(jié)果ucharxdata*ad_adr;//定義指向通道的指針uchari=0;voidmain(void){IT0=1;//初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0;//指針指向通道0*ad_adr=i;//啟動(dòng)通道0轉(zhuǎn)換for(;;){;}//等待中斷}C語言編程：C語言編程：C語言編程：voidint_adc(void)interrupt0//中斷函數(shù){x[i]=*ad_adr;//接收當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換結(jié)果i++;ad_adr++;//指向下一個(gè)通道if(i<8){*ad_adr=i;//8個(gè)通道未轉(zhuǎn)換完，啟動(dòng)下一個(gè)通道返回}else{EA=0;EX0=0;//8個(gè)通道轉(zhuǎn)換完，關(guān)中斷返回}}voidint_adc(void)interruptvoidint_adc(void)interruptAD574芯片及其接口

AD574是12位快速逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，其最快轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，轉(zhuǎn)換誤差為1LSB。AD574具有下述幾個(gè)基本特點(diǎn)：片內(nèi)含有電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘電路等，因而外圍電路較少；數(shù)字量輸出具有三態(tài)緩沖器，因而可直接與微處理器接口；模擬量輸入有單極性和雙極性兩種方式，接成單極性方式時(shí)，輸入電壓范圍為0～10V或0～20V，接成雙極性方式時(shí)，輸入電壓范圍為-5V～5V,-10V～10V。AD574芯片及其接口AD574是12位快速逐次逼近型A/AD574芯片及其接口AD574是12位快速逐次逼近型A/圖2-8AD574原理與引腳圖

圖2-8AD574原理與引腳圖圖2-8AD574原理與引腳圖圖2-8AD574原理與AD574原理與主要引腳信號定義

CS

：片選，低有效；

CE

：片允許，高有效；

R／C

：讀／變換，高為讀A／D變換結(jié)果，低為啟動(dòng)A／D變換；

12／8

：數(shù)據(jù)格式，高為12位并行輸出，低為8位(或4位)并行輸出．本設(shè)計(jì)令其接地；

A0

：字節(jié)地址／短周期，高為8位變換／輸出低4位，低為12位變換／輸出高8位；

STS：變換狀態(tài)，高為正在變換，低為變換結(jié)束；AD574原理與主要引腳信號定義CS：片選，低有效；

CAD574原理與主要引腳信號定義CS：片選，低有效；

CREFIN

：基準(zhǔn)輸入；REFOUT

：基準(zhǔn)輸出；BIPOFF

：雙極性方式時(shí)，偏置電壓輸入端；DBII～DB0：12位數(shù)據(jù)總線；10VIN

：單極性0～10V模擬量輸入；雙極性0～±5V模擬量輸入。20VIN

：單極性0～20V模擬量輸入；雙極性0～±10V模擬量輸入。AG：模擬地。

REFIN：基準(zhǔn)輸入；REFIN：基準(zhǔn)輸入；REFIN：基準(zhǔn)輸入；表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作表2-2

AD574與8031單片機(jī)的接口電路

8031單片機(jī)與AD574的各引腳的接口電路可按下頁圖2－9的電路來安排。由于8031的高8位地址P2.0~P2.7沒有使用，故可采用寄存器間接尋址方式。其中啟動(dòng)A/D的地址為1FH；讀出低4位數(shù)地址為7FH；讀出高8位數(shù)地址為3FH。

AD574與8031單片機(jī)的接口電路8031單片機(jī)與ADAD574與8031單片機(jī)的接口電路8031單片機(jī)與AD圖2-9AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖2-9AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖2-9AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖2-9AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖中STS可有三種接法以對應(yīng)三種控制方式：(1)如STS空著，單片機(jī)只能采取延時(shí)等待方式，在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，延時(shí)25s以上時(shí)間，再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；(2)如STS接單片機(jī)一條端口線，單片機(jī)就可以用查詢的方法等待STS為低后再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；(3)如STS接單片機(jī)外部中斷線，就可以在引起單片機(jī)中斷后，再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖中STS可有三種接法以AD574與8031單片機(jī)的接口電路圖中STS可有三種接法以采用延時(shí)等待方式的控制程序清單：MOV R0，#1FH

；啟動(dòng)MOVX @R0，AMOV R7，#10H ；延時(shí)DJNZ R7，$MOV R1，#7FH

；讀低4位MOVX A，@R1MOV R2，A ；存低4位MOV R1，#3FH

；讀高8位MOVX A，@R1 MOV R3，A ；存高8位SJMP $采用延時(shí)等待方式的控制程序清單：采用延時(shí)等待方式的控制程序清單：采用延時(shí)等待方式的控制程序清單極性模擬輸入方式接線的調(diào)整

單極性模入方式(圖2-9)中，10VIN輸入電壓范圍為0V～＋10V，1LSB對應(yīng)的模擬電壓為2.44mV；20VIN輸入電壓范圍為0V～20V，1LSB對應(yīng)的模擬電壓為4.88mV。R1用于零點(diǎn)調(diào)整，R2用于滿刻度校準(zhǔn)。方法為：如輸入電壓接10VIN端，調(diào)整R1，使輸入模擬電壓為1.22mV（即1／2LSB）時(shí)，輸出數(shù)字量從000000000000變到000000000001；調(diào)整R2，使得輸入電壓為9.9963V時(shí)，數(shù)字量從111111111110變到111111111111。單極性模擬輸入方式接線的調(diào)整單極性模入方式(圖2-9)中，單極性模擬輸入方式接線的調(diào)整單極性模入方式(圖2-9)中，雙極性模擬輸入方式的調(diào)整

對于雙極性模入方式，把REFIN，REFOUT，和BIPOFF三個(gè)引腳的接線按圖2-10重新安排，雙極性模入方式零點(diǎn)與滿刻度校準(zhǔn)方法與單極性方式近似。需要注意的是，輸入模擬量與輸出數(shù)字量之間的對應(yīng)關(guān)系為：10VIN端輸入時(shí)：－5V→0V→＋5V對應(yīng)000H→800H→FFFH20VIN端輸入時(shí)：－10V→0V→＋10V對應(yīng)000H→800H→FFFH雙極性模擬輸入方式的調(diào)整對于雙極性模入方式，把REFIN雙極性模擬輸入方式的調(diào)整對于雙極性模入方式，把REFIN圖2-10AD574雙極性模擬輸入接線方式

圖2-10AD574雙極性模擬輸入接線方式圖2-10AD574雙極性模擬輸入接線方式圖2-10MAX1241芯片及其接口

以串行數(shù)據(jù)形式輸出的A/D轉(zhuǎn)換器具有引腳少、體積小的特點(diǎn)；接口所需的I／O位數(shù)也比較少。有利于提高儀器的集成度和減小體積，能方便、廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行模擬與數(shù)字隔離的場合。串行輸出的A／D轉(zhuǎn)換器雖有多種型號，接口時(shí)序也有所不同。但接口的實(shí)現(xiàn)和控制方法還是基本相同的。現(xiàn)以MAX1241為例來說明串行輸出ADC接口技術(shù)。MAX1241芯片及其接口以串行數(shù)據(jù)形式輸出的A/D轉(zhuǎn)換器MAX1241芯片及其接口以串行數(shù)據(jù)形式輸出的A/D轉(zhuǎn)換器MAX1241串行輸出單片ADC簡介

MAX1241是一種低功耗、低電壓的12位逐次逼近型ADC，最大非線性誤差小于1LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間9s。采用三線式串行接口，內(nèi)置快速采樣／保持電路。其結(jié)構(gòu)和引腳定義如圖2-11所示。

圖2-11MAX1241內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳定義

MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241是一種低MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241是一種低MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241采用8引腳DIP或SO形式封裝，完善的內(nèi)部電路幾乎不需要外圍器件即能工作。內(nèi)置采樣/保持電路在A／D轉(zhuǎn)換開始時(shí)，自動(dòng)捕捉信號，最大捕捉時(shí)間1.5s。12位逐次逼近型ADC的并行輸出經(jīng)輸出移位寄存器變換為串行輸出，整個(gè)工作過程受控于三線串行接口。

MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241采用8引腳MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241采用8引腳表2-3MAX1241管腳功能

MAX1241采用單電源供電，動(dòng)態(tài)功耗在以每秒73K轉(zhuǎn)換速率工作時(shí)，僅需0．9mA電流。在停止轉(zhuǎn)換時(shí)，可通過控制端使其處于休眠狀態(tài)，以降低靜態(tài)功耗。休眠方式下，電源電流僅1A。表2-3MAX1241管腳功能MAX1表2-3MAX1241管腳功能MAX1MAX1241的工作時(shí)序

MAX1241的工作時(shí)序（圖2-12）：每次轉(zhuǎn)換由芯片選通信號的下降沿觸發(fā)，但此時(shí)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘SCLK必須為低。A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，內(nèi)部控制邏輯切換采樣／保持電路為保持狀態(tài)，并使輸出數(shù)據(jù)線DOUT變低。在整個(gè)轉(zhuǎn)換期內(nèi),SCLK應(yīng)保持低電平。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)DOUT由低變高。一次轉(zhuǎn)換結(jié)束，內(nèi)部控制邏輯將自動(dòng)把采樣／保持器切換為捕捉狀態(tài)。MAX1241的工作時(shí)序MAX1241的工作時(shí)序（圖2-MAX1241的工作時(shí)序MAX1241的工作時(shí)序（圖2-圖2-12MAX1241工作時(shí)序

圖2-12MAX1241工作時(shí)序圖2-12MAX1241工作時(shí)序圖2-12MAX1MAX1241的工作時(shí)序?qū)AX1241轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸入在轉(zhuǎn)換結(jié)束后進(jìn)行，由驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘SCLK的下降沿觸發(fā)一位數(shù)據(jù)輸出。在下一個(gè)SCLK脈沖下降沿到來前，該位數(shù)據(jù)將始終保持在DOUT輸出端上。數(shù)據(jù)輸出從最高位開始，每個(gè)SCLK脈沖下降沿輸出一位。第12個(gè)SCLK的下降沿輸出最低位。在數(shù)據(jù)輸出周期內(nèi)，必須保持低電平，若在第13個(gè)SCLK下降沿后，仍保持低電平，DOUT則一直保持為低電平。

MAX1241的工作時(shí)序?qū)AX1241轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸入在轉(zhuǎn)換MAX1241的工作時(shí)序?qū)AX1241轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸入在轉(zhuǎn)換2．MAX1241與8031／51的接口

MAX1241與微機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)有二種選擇，一是使用普通端口，利用程序?qū)崿F(xiàn)串行輸入。另一種則是直接使用串行接口。前者輸入速度低，后者需占用串行通信口。（l）MAX1241與8031/51的通用I／O方式接口：

MAX1241與8031/51的通用I／O接口如圖2-13所示。接口使用三位通用I／O端口P1.0～P1.2。其中P1.0用于片選信號，P1.2為數(shù)據(jù)輸入，P1.1產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖SCLK。

2．MAX1241與8031／51的接口MAX12412．MAX1241與8031／51的接口MAX1241醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件控制程序如下：控制子程序完成一次A/D轉(zhuǎn)換和輸入，輸入數(shù)據(jù)存放于R0，R1寄存器。；寄存器及端口定義：CS：

BIT P1.0 ；片選信號位DOUT：

BIT P1.2 ；串行數(shù)據(jù)輸入位SCLK：

BIT P1.1 ；驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘位DATA_BH：

EQU R0 ；高字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DATA_BL：

EQU R1 ；低字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元CONT_H：

EQU R0 ；高位取數(shù)計(jì)數(shù)器CONT_L：

EQU R1 ；低8位取數(shù)計(jì)數(shù)器

控制程序如下：控制子程序完成一次A/D轉(zhuǎn)換和輸入，輸控制程序如下：控制子程序完成一次A/D轉(zhuǎn)換和輸入，輸；控制子程序SADC_R：

XRL A，A ；清AMOV CONT_H，＃04H；高8位計(jì)數(shù)

MOV CONT_L，＃08H；低8位計(jì)數(shù)

CLRSCLK ；SCLK置“0” CLRCS ；選中1241，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換SADC_END：JNB DOUT，SADC_END；檢測A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束READ_H：

SETB SCLK CLR SCLK ；產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘

MOVC，DOUT ；輸入一位數(shù)據(jù)”

RLCA ；數(shù)據(jù)移位至ACC．0DJNZ CONT_H，READ_H；高

4位輸入結(jié)束判別

MOV DATA_BH，A ；高

4位數(shù)據(jù)送寄存器；控制子程序；控制子程序；控制子程序READ_L：

SETB SCLK CLR SCLK ；產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘

MOVC，DOUT ；輸入一位數(shù)據(jù)

RLC A ；數(shù)據(jù)移位置ACC．0DJNZ CONT_L，READ_L；低8位輸入結(jié)束判別

MOV DATA_BL，A ；低8位數(shù)據(jù)送寄存器

SETB SCLK CLR SCLK ；清

DOUT輸出

SETB CS ；撤消片選

RETREAD_L：SETB SCLK READ_L：SETB SCLK READ_（2）MAX1241與8031／51串行接口

當(dāng)使用8031／51串行口實(shí)現(xiàn)與MAX1241聯(lián)接時(shí)，串行口應(yīng)工作于同步移位寄存器方式（方式0）。此時(shí)，串行口的接受數(shù)據(jù)端RXD（P3.0）被用于接受MAX1241的輸出數(shù)據(jù)。而發(fā)送數(shù)據(jù)端TXD（P3.1）則被用于提供驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，為滿足時(shí)序要求；應(yīng)將其反相。片選信號仍使用P1.0。接口電路如圖2-14所示。（2）MAX1241與8031／51串行接口當(dāng)使用8031（2）MAX1241與8031／51串行接口當(dāng)使用8031醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件8031/51串行接口控制程序

由于8031/51串行口一次只能接受8位數(shù)據(jù)，故12位A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果必須分二次接受。同前述程序直接輸入一樣，控制程序必須檢測A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，即DOUT的上跳變，只要當(dāng)DOUT變?yōu)楦唠娖胶螅侥軉?dòng)串行接受。接口控制程序如下所示:8031/51串行接口控制程序由于8031/51串行口一次8031/51串行接口控制程序由于8031/51串行口一次MAX1241ADC串行接口控制子程序；寄存器及端口定義CS：

BITP1.0EOC：

BITP3.0DATA_BH：EQUR0 ；接受數(shù)據(jù)高位存儲(chǔ)寄存器DATA_BL：

EQUR1 ；接受數(shù)據(jù)低位存儲(chǔ)寄存器

；串行口設(shè)置子程序SPOR_SET：CLRES ；禁止串行中斷

MOVSCON，＃00H；串行口為方式0，停止接受

SETBCS ；禁止

ADCRETMAX1241ADC串行接口控制子程序MAX1241ADC串行接口控制子程序MAX1241AD；接口控制子程序SAD_SR：

CLRCS ；啟動(dòng)

A／D轉(zhuǎn)換AD_NEND：

JNBEOC，AD_NEND ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

SETB REN ；啟動(dòng)串行接收FR_NEND：

JNBRI，F(xiàn)R_NEND ；等待接收結(jié)束

MOVDATA_BH，SBUF ；從串行數(shù)據(jù)緩沖器輸入高8位數(shù)據(jù)

CLRRI ；啟動(dòng)第二次接收SR_NEND：

JNBRI，SR_NEND ；等待接收結(jié)束

MOVDATA_BL，SBUF ；從串行數(shù)據(jù)緩沖器輸入低4位數(shù)據(jù)

CLRREN ；停止接收

SETBCS ；禁止ADCRET；接口控制子程序；接口控制子程序；接口控制子程序2．1．3積分式ADC

大多用于低速、廉價(jià)的積分型A／D轉(zhuǎn)換器中，幾乎無一例外地采用了十進(jìn)制編碼方式，每次輸出一位并行十進(jìn)制編碼，整個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果分若干次輸出。這種低速、廉價(jià)但高精度、強(qiáng)抗干擾的集成A/D轉(zhuǎn)換器以其優(yōu)良的性能價(jià)格比被廣泛應(yīng)用于低速測量領(lǐng)域。2．1．3積分式ADC大多用于低速、廉價(jià)的積分型A／D轉(zhuǎn)2．1．3積分式ADC大多用于低速、廉價(jià)的積分型A／D轉(zhuǎn)1．MC144333位雙積分ADC

MC14433是具備零漂補(bǔ)償和采用CMOS工藝制造的3位單片雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，最大輸出數(shù)碼1999，具有功耗低、輸入阻抗高和自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。其轉(zhuǎn)換精度為土（0．05％Vi

＋1LSB），輸入電阻大于100M,對應(yīng)時(shí)鐘頻率范圍為50～150kHz，轉(zhuǎn)換速度為每秒3～10次。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及管腳功能如圖2-15所示:1．MC144333位雙積分ADCMC14433是具1．MC144333位雙積分ADCMC14433是具圖2-15MC14433ADC結(jié)構(gòu)框圖及管腳功能

圖2-15MC14433ADC結(jié)構(gòu)框圖及管腳功能圖2-15MC14433ADC結(jié)構(gòu)框圖及管腳功能圖2-

MC14433采用土5V供電電源，只需一個(gè)正基準(zhǔn)電壓VR

，其與輸入電壓Vi成下列比例關(guān)系輸出讀數(shù)=1999（2-1）當(dāng)滿量程時(shí)Vi=VR

。Vi輸入有2V和200mV兩個(gè)量程擋。當(dāng)滿度電壓為1．999V時(shí)，VR取2．000V；當(dāng)滿度電壓為199．9mV時(shí)，VR取200．0mV。 當(dāng)然，也可根據(jù)需要在200mV～2V之間任意選擇VR的值，此時(shí)，讀數(shù)的一個(gè)LSB所對應(yīng)的輸入電壓則需通過式2-1求得。

MC14433采用土5V供電電源，只需一MC14433采用土5V供電電源，只需一MC14433輸出時(shí)序

MC14433由內(nèi)部電路自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換,無需外加啟動(dòng)信號，輸出數(shù)據(jù)通過Q3～Q1輸出端，逐位輸出BCD碼，并不斷重復(fù)。并通過DS1～DS4指明現(xiàn)行輸出BCD碼是十進(jìn)制位中的哪一位。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，在EOC端輸出一正脈沖，寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期。輸出數(shù)據(jù)更新需通過DV端的正跳變信號實(shí)現(xiàn)，通常將EOC與其短接。其整個(gè)輸出時(shí)序如圖2-16所示。在千位輸出時(shí)，攜帶輸出極性及超量程信息，如表2-4所示。MC14433輸出時(shí)序MC144MC14433輸出時(shí)序MC144圖2-16MC14433輸出時(shí)序圖2-16MC14433輸出時(shí)序圖2-16MC14433輸出時(shí)序圖2-16MC14433MC14433千位編碼定義

表2-4MC14433千位編碼定義

MC14433千位編碼定義表2-4MC14433千位編MC14433千位編碼定義表2-4MC14433千位編2．MC14433ADC與8031／51接口

MC14433輸出不具有三態(tài)緩沖，故必須通過接口方可掛接于微機(jī)總線。對于8031／51單片機(jī)而言，最簡接的方法是直接與其I/O端口相連。因MC14433為低速ADC，所以宜采用中斷方式接口。圖2-17給出了其與8031/51的接口電路。2．MC14433ADC與8031／51接口MC14432．MC14433ADC與8031／51接口MC1443

圖2-17MC14433ADC與

8031/51的接口

圖2-18數(shù)據(jù)格式

圖2-17MC14433ADC與圖2-18數(shù)據(jù)格式圖2-17MC14433ADC與圖2-18數(shù)據(jù)格式MC14433ADC與8031／51接口接口使用P1口，高4位輸入BCD碼，低4位輸入位選信號DS1～DS4。EOC的下跳沿觸發(fā)中斷。按MC14433的輸出時(shí)序和接口形式，控制程序如下所示?？刂瞥绦蛴芍袛鄦?dòng)，每次輸入一個(gè)完整的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入8031／51內(nèi)部RAM。存入數(shù)據(jù)格式如圖2-18所示。

MC14433ADC與8031／51接口接口使用P1口，MC14433ADC與8031／51接口接口使用P1口，

2．1．4 并行或特高速ADC在高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，如圖像處理、頻譜分析等，雙積分式和逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度都不能滿足要求。并行型A／D轉(zhuǎn)換器的速度高，它將輸入模擬電壓Vi與一系列標(biāo)準(zhǔn)電壓同時(shí)進(jìn)行比較，將比較的結(jié)果經(jīng)過編碼后得到二進(jìn)制數(shù)據(jù)。2．1．4 并行或特高速ADC在高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，如2．1．4 并行或特高速ADC在高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，如并行或特高速ADC原理

3位二進(jìn)制并行型A／D轉(zhuǎn)換器(圖2-19)由標(biāo)準(zhǔn)電壓源經(jīng)電阻分壓后得到m（m＝2n-1）個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓（n是轉(zhuǎn)換后得到二進(jìn)制數(shù)位數(shù)）;每一個(gè)分壓后的標(biāo)準(zhǔn)電壓與輸入模擬電壓Vi同時(shí)（并行）進(jìn)行比較，若輸入模擬電壓大于標(biāo)準(zhǔn)電壓，則相應(yīng)的比較器輸出為“真”（即為“1”），反之為“假”（即“0”）；經(jīng)數(shù)字編碼后，輸出即為等效于輸入模擬量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。一個(gè)n位二進(jìn)制并行型A／D轉(zhuǎn)換器需要m（m＝2n-1）個(gè)比較器。并行或特高速ADC原理3位二進(jìn)制并行型A／D轉(zhuǎn)換器(圖2-并行或特高速ADC原理3位二進(jìn)制并行型A／D轉(zhuǎn)換器(圖2-圖2-19并行型A／D轉(zhuǎn)換器原理圖

圖2-19并行型A／D轉(zhuǎn)換器原理圖圖2-19并行型A／D轉(zhuǎn)換器原理圖圖2-19并幾點(diǎn)說明：

①由圖可知，并行型A/D轉(zhuǎn)換器的精度取決于幾個(gè)因素：分壓電阻精度要高，主要是一致性要好；比較器的靈敏度要能鑒別兩個(gè)相鄰標(biāo)準(zhǔn)電壓；標(biāo)準(zhǔn)電壓源VR的精度也有一定的要求。②并行ADC的速度主要取決于比較器的響應(yīng)速度及數(shù)據(jù)寄存器（D觸發(fā)器）的響應(yīng)時(shí)間。③n位并行型ADC轉(zhuǎn)換器需要（2n－1）個(gè)比較器，成本相當(dāng)昂貴。幾點(diǎn)說明：①由圖可知，并行型A/D轉(zhuǎn)換器的精度取決于幾個(gè)因幾點(diǎn)說明：①由圖可知，并行型A/D轉(zhuǎn)換器的精度取決于幾個(gè)因并行型A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用輸入信號是雙極性時(shí)，只需將參考電壓的接地端改接為"負(fù)"電源端。這種轉(zhuǎn)換器速度極快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法做到高精度，價(jià)格也非常昂貴，如圖像處理及模式識(shí)別等領(lǐng)域。因?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別及圖像處理一幀畫面有數(shù)以2.2萬計(jì)的像素，為了適應(yīng)視覺的要求必須每秒鐘處理幾十幀畫面。如果每秒鐘處理30個(gè)畫面，則相當(dāng)每秒鐘要對6.6兆個(gè)像素進(jìn)行處理，所以對A/D轉(zhuǎn)換速度要求極高。并行型A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用輸入信號是雙極性時(shí)，只需將參考電壓的并行型A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用輸入信號是雙極性時(shí)，只需將參考電壓的2．2 模擬量輸出通道

模擬量輸出通道的作用是將經(jīng)智能化醫(yī)學(xué)儀器處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量送出，它是許多智能設(shè)備的重要組成部分。模擬量輸出通道一般由D／A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)、采樣／保持器等組成。本節(jié)側(cè)重討論D／A轉(zhuǎn)換器及其與微處理器的接口。2．2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道的作用是將經(jīng)智能化醫(yī)學(xué)2．2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道的作用是將經(jīng)智能化醫(yī)學(xué)2．2．1D／A轉(zhuǎn)換器概述

一、D/A轉(zhuǎn)換原理

D／A轉(zhuǎn)換器是由電阻網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)及基準(zhǔn)電源等部分組成，目前基本都已集成于一塊芯片上。為了便于接口，有些D／A芯片內(nèi)還含有鎖存器。D／A轉(zhuǎn)換器的組成原理有多種，采用最多的是R－2R梯形網(wǎng)絡(luò)D／A轉(zhuǎn)換器，圖2-20顯示了一個(gè)4位D／A轉(zhuǎn)換器的原理圖。

2．2．1D／A轉(zhuǎn)換器概述

一、D/A轉(zhuǎn)換原理D／A轉(zhuǎn)2．2．1D／A轉(zhuǎn)換器概述

一、D/A轉(zhuǎn)換原理D／A轉(zhuǎn)D/A轉(zhuǎn)換原理一般由D/A轉(zhuǎn)換器，多路模擬開關(guān)，采樣/保持器等組成。作用是將經(jīng)智能儀器處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量送出。一、D/A轉(zhuǎn)換原理（圖2-20） 由電阻網(wǎng)絡(luò),開關(guān)及基準(zhǔn)電源等組成。

UR U0=－(23D3+22D2+21D1+20D0)

24D/A轉(zhuǎn)換原理一般由D/A轉(zhuǎn)換器，多路模擬開關(guān)，采樣/保持器D/A轉(zhuǎn)換原理一般由D/A轉(zhuǎn)換器，多路模擬開關(guān)，采樣/保持器R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理

圖2-20R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理

R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖2-20R-2R梯形網(wǎng)R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖2-20R-2R梯形網(wǎng)二、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

分辨率：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)所對應(yīng)模擬量輸出的變化量.轉(zhuǎn)換精度： 在整個(gè)工作區(qū)間實(shí)際的輸出電壓與理想輸出電壓之間的偏差.轉(zhuǎn)換時(shí)間：通常為幾十個(gè)納秒.尖峰誤差：指輸入代碼發(fā)生變化時(shí)刻,而使輸出模擬量產(chǎn)生的尖峰所造成的誤差.二、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)二、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)

D/A轉(zhuǎn)換器尖峰誤差及消峰原理

D/A轉(zhuǎn)換器尖峰誤差及消峰原理D/A轉(zhuǎn)換器尖峰誤差及消峰原理D/A轉(zhuǎn)換器尖峰誤差及消三、D／A轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出形式

D/A數(shù)字量輸入端可以分為：1.不含數(shù)據(jù)鎖存器(需外加數(shù)據(jù)鎖存器).2.含單個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器.3.含雙個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器(用于多個(gè)D/A同時(shí)轉(zhuǎn)換的場合).D/A的輸出電路分為:1.單極性電路 圖2-222.雙極性電路 圖2-23三、D／A轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出形式D/A數(shù)字量輸入端可以分為三、D／A轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出形式D/A數(shù)字量輸入端可以分為UOUT=-（VREF/28）DUOUT=-（VREF/28）DUOUT=-（VREF/28）DUOUT=-（VREF/2UOUT=-（2U1+VREF）UOUT=-（2U1+VREF）UOUT=-（2U1+VREF）UOUT=-（2U1+VRE2．2．2 D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口

8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及其與微機(jī)接口

八位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及其與微機(jī)接口內(nèi)部含有雙輸入數(shù)據(jù)鎖存器的8位D/A器件（圖2-24）。 1、單緩沖接口電路（圖2-25）程序:MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#DATA MOVX @DPTR,A2．2．2 D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口

8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC02．2．2 D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口

8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件雙緩沖接口的程序MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,R2 MOVX @DPTR,A ;數(shù)據(jù)送1#0832輸入寄存器

MOV DPTR,#0FDFFH MOV A,R3 MOVX @DPTR,A;另一數(shù)據(jù)送2#0832輸入寄存器

MOV DPTR,#0FBFFH MOVX @DPTR,A ;1#、2#D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)輸出雙緩沖接口的程序MOV DPTR,#0FEFFH雙緩沖接口的程序MOV DPTR,#0FEFFH雙醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課件【例】根據(jù)下圖編程從DAC0832輸出端分別產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。