ADCAI和抗干擾措施課件

P1過程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（AI、AO、DI、DO）微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖P1過程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接P28位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809

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帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器

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轉(zhuǎn)換時(shí)間100us,總的不可調(diào)誤差為±1LSB

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可直接與微機(jī)相連，不需另加接口邏輯

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輸入、輸出引腳電平與TTL電路兼容

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當(dāng)模擬電壓范圍為0～5v時(shí)可使用單一的＋5v電源

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一般不需要調(diào)零和增益校準(zhǔn)ADC0809P28位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809P3單片A/D轉(zhuǎn)換器及其

與微處理器的接口◆ADC0809引腳結(jié)構(gòu)：采用雙列直插式封裝，共有28條引腳

—8條模擬量輸入通道

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地址輸入和控制線4條(A,B,C,ALE)

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數(shù)字量輸出及控制線11條

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電源線及CLOCK：5條

P3單片A/D轉(zhuǎn)換器及其

與微處理器的接口◆ADC0809P4ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖P4ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖P5ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.

P5ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明IN7～I(xiàn)N0——P6A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)P6A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為P7EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高

P7EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOCP8OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。P8OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出P9Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).P9Vcc——+5V電源。P10◆輸入通道選通地址表P10◆輸入通道選通地址表P11◆ALE是地址鎖存選通信號(hào)，該信號(hào)上升沿把地址狀態(tài)選通入地址鎖存器。也可以作為開始轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)◆START為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖輸入端，其上跳變復(fù)位轉(zhuǎn)換器，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。它可由程序或外部設(shè)備產(chǎn)生。當(dāng)START與EOC端短接時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換P11◆ALE是地址鎖存選通信號(hào)，該信號(hào)上升沿把地址狀態(tài)P12◆EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，從START信號(hào)上升沿開始經(jīng)8個(gè)時(shí)鐘周期后由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｔ撔盘?hào)也可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)◆CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端，最高可達(dá)1280kHz◆REF(+)和REF(－)為基準(zhǔn)電壓輸入端，它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值。通常REF(+)和電源Vcc一起接基準(zhǔn)電壓，REF(－)接地端GNDP12◆EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，從START信號(hào)上升沿開始P13◆轉(zhuǎn)換時(shí)序P13◆轉(zhuǎn)換時(shí)序P14單片A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口MCS-51系列單片機(jī)和ADC0809的接口P14單片A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口MCS-51系列單片機(jī)P15◆單片機(jī)的端口0作為復(fù)用數(shù)據(jù)總線，與ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端相連◆單片機(jī)的低3位數(shù)據(jù)線(選通abc)用于選擇8路模擬量輸入◆ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)CLK由單片機(jī)的ALE信號(hào)提供◆轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)START和8路模擬輸入開關(guān)的地址鎖存允許信號(hào)ALE由單片機(jī)的寫信號(hào)WR及地址譯碼輸出信號(hào)邏輯提供。◆本接口用P2.7作I/O地址選擇信號(hào)，相當(dāng)于用ADC0809的片選信號(hào)作啟動(dòng)信號(hào)，其地址為7FFFHP15◆單片機(jī)的端口0作為復(fù)用數(shù)據(jù)總線，與ADC0809的P16◆轉(zhuǎn)換開始時(shí)，EOC端降為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC升為高電平。本電路用中斷方式通知單片機(jī)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束。也可采用查詢方式和等待方式，但這兩種方式單片機(jī)的利用率低?！魧?duì)本接口電路可編出相應(yīng)的程序。在主程序中要對(duì)外部中斷進(jìn)行預(yù)置，然后啟動(dòng)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。設(shè)由IN0路開始，8路模擬量輪流輸入。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序，把轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入8031的累加器，并存入相應(yīng)緩沖存儲(chǔ)單元50H～57H，再由主程序進(jìn)行處理P16◆轉(zhuǎn)換開始時(shí)，EOC端降為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EP17◆轉(zhuǎn)換程序如下：

ORG 2000H SETB IT0 ；外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式

SETB EA ；總中斷開放

SETB EX0 ；開外中斷0MOV DPTR，#7FFFH；ADC0809口地址

MOV R0，#50H；R0作存數(shù)緩沖器指針

MOV R1，#00H；R1作通道數(shù)指針

MOV A，R1；從IN0路開始

MOVX @DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

…

…

；繼續(xù)主程序，等待中斷P17◆轉(zhuǎn)換程序如下：P18◆中斷子程序：

ORG 0003H ；外中斷0的入口地址

AJMP RDDAT；轉(zhuǎn)移至讀入數(shù)據(jù)處RDDAT：MOVX A，@DPTR ；讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

MOV@R0，A ；存入緩沖器

INCR0；增量緩沖器指針

INCR1；指向下一通道REP：MOVA，R1；

MOVX @DPTR，A ；啟動(dòng)下一路轉(zhuǎn)換

CJNEA，#07H，RMP0；所有路都轉(zhuǎn)換過嗎？

MOVR1，#00H；是，重新從IN0路開始

SJMPREPREMP0：RETi；否，中斷返回P18◆中斷子程序：P19模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)（AI）濾波？、放大？P19模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)（AI）濾波？、放大？P20設(shè)計(jì)模擬量輸入通道應(yīng)注意的問題：1模擬量輸入通道數(shù)和數(shù)據(jù)吞吐率2分辨率和精度3每個(gè)通道的采樣頻率4信號(hào)修整要求比例變換。。。。P20設(shè)計(jì)模擬量輸入通道應(yīng)注意的問題：1模擬量輸入通道數(shù)和P21作用在A/D輸入端的干擾常態(tài)干擾指疊加在被測(cè)信號(hào)上的高頻噪聲信號(hào)，又稱為串模干擾。P21作用在A/D輸入端的干擾常態(tài)干擾P22共態(tài)干擾指因模擬地和數(shù)字地之間存在電位差而引入的直流或交流干擾信號(hào)。P22共態(tài)干擾P23這種總是以常態(tài)干擾的形式作用于信號(hào)輸入端上的干擾，稱為共模干擾。共模抑制比：CMRRP37共態(tài)干擾電壓共態(tài)干擾電壓轉(zhuǎn)換的常態(tài)干擾電壓CommonModeRejectionRatioP23這種總是以常態(tài)干擾的形式作用于信號(hào)輸入端上的干擾，稱為P24如何提高CMRR（1）提高共態(tài)干擾各電流回路阻抗以減小共模電壓P24如何提高CMRR（1）提高共態(tài)干擾各電流回路阻抗以減小P25（2）光電隔離器切斷共態(tài)干擾電流回路P25（2）光電隔離器切斷共態(tài)干擾電流回路P26THEENDP26THEENDP27過程通道的抗干擾措施干擾的來源◆從系統(tǒng)電源或電源引線（包括地線）侵入的干擾◆從系統(tǒng)的信號(hào)輸入輸出傳輸通道引入的干擾◆空間電磁干擾◆靜電噪聲◆其它環(huán)境因素引起的干擾P27過程通道的抗干擾措施干擾的來源P28過程通道的抗干擾措施（2）干擾的分類◆不論什么樣的干擾源，對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾總是通過傳導(dǎo)和直接輻射兩種途徑進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的，其耦合的方式有靜電耦合、互感耦合、共阻抗耦合、電磁場(chǎng)輻射耦合等◆按干擾的作用方式不同，可以分為常態(tài)和共態(tài)干擾兩種P28過程通道的抗干擾措施（2）干擾的分類P29過程通道的抗干擾措施（3）◆常態(tài)干擾：疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，又稱為串模干擾P29過程通道的抗干擾措施（3）◆常態(tài)干擾：疊加在被測(cè)信P30P30P31過程通道的抗干擾措施（4）◆共態(tài)干擾：A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓，又稱為共模干擾P31過程通道的抗干擾措施（4）◆共態(tài)干擾：A/D轉(zhuǎn)換器兩P32過程通道的抗干擾措施（4）常態(tài)干擾的抑制◆若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通濾波器來抑制高頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用輸入高通濾波器來抑制低頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器較為適宜

P32過程通道的抗干擾措施（4）常態(tài)干擾的抑制P33過程通道的抗干擾措施（6）◆當(dāng)尖峰型常態(tài)干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱常態(tài)干擾的影響

(輸入信號(hào)的平均值,非瞬時(shí)值)◆在常態(tài)干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，或者盡可能早地完成A/D變換或采取隔離和屏蔽等措施◆從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制常態(tài)干擾P33過程通道的抗干擾措施（6）◆當(dāng)尖峰型常態(tài)干擾成為主要P34過程通道的抗干擾措施（7）◆若常態(tài)干擾的變化速度與被測(cè)信號(hào)相當(dāng)，則可采取下述方法：

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從根本上消除產(chǎn)生常態(tài)干擾的原因，對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行良好的電磁屏蔽

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利用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)已進(jìn)入計(jì)算機(jī)的帶有常態(tài)干擾的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理P34過程通道的抗干擾措施（7）◆若常態(tài)干擾的變化速度與被P35過程通道的抗干擾措施（8）共模干擾的抑制◆為了衡量一個(gè)輸入電路抑制干擾的能力，常用共模抑制比CMRR（CommonModeRejectionRate）來表示：

式中是共模干擾電壓，是由轉(zhuǎn)化成的常態(tài)干擾電壓。CMRR越大，表明抗共模干擾能力越強(qiáng)。P35過程通道的抗干擾措施（8）共模干擾的抑制P36過程通道的抗干擾措施（9）◆利用雙端輸入的運(yùn)算放大器作為A/D轉(zhuǎn)換器前面的前置放大器

P36過程通道的抗干擾措施（9）◆利用雙端輸入的運(yùn)P37過程通道的抗干擾措施（10）

◆

利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信息源隔離開來，也就是把“模擬地”與“數(shù)字地”斷開

★光電耦合器能隔離干擾的原因

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輸入阻抗小：1k以下

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干擾形式一般為大電壓、小電流，而光電耦輸入發(fā)光管在電流狀態(tài)下工作，故可被抑制

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光耦在封閉狀態(tài)下工作

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輸入回路與輸出回路之間分布電容小，而絕緣電阻大P37過程通道的抗干擾措施（10）◆利用變壓器或P38過程通道的抗干擾措施（11）◆采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾

工作原理?P38過程通道的抗干擾措施（11）◆采用浮地輸入雙層屏蔽放P39過程通道的抗干擾措施（12）◆用儀表放大器提高共模干擾抑制比

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儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等特點(diǎn),是一種專門用來分離共模干擾器件P39過程通道的抗干擾措施（12）◆用儀表放大器提高共模干P40過程通道的抗干擾措施（13）其它干擾措施

◆采用雙絞線傳輸信號(hào)

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與同軸電纜相比，雙絞線頻帶窄而波阻高，抗共模噪聲能力強(qiáng)

P40過程通道的抗干擾措施（13）其它干擾措施P41過程通道的抗干擾措施（14）◆對(duì)來自電源或由電源回路產(chǎn)生的干擾的處理措施：

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在邏輯電路板上的電源線與地線的布線盡可能短，防止布成回路型或菊花鏈環(huán)狀型

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在每一塊集成電路芯片的電源與地引入端接一個(gè)無感的瓷片電容器，其容量一般為0.01~0.1μF

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若一個(gè)裝置中有多塊邏輯電路板，則一般在電源和地線的引入處附近并接一個(gè)