ADC080AI和抗干擾措施

計算機控制技術(shù)劉富春自動化科學(xué)與工程學(xué)院2010-03-19ADC0809AI和抗干擾措施1過程通道：計算機和生產(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）微機控制系統(tǒng)組成框圖28位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809—帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器—轉(zhuǎn)換時間100us,總的不可調(diào)誤差為±1LSB—可直接與微機相連，不需另加接口邏輯—輸入、輸出引腳電平與TTL電路兼容—當(dāng)模擬電壓范圍為0～5v時可使用單一的＋5v電源—一般不需要調(diào)零和增益校準ADC08093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—地址輸入和控制線4條(A,B,C,ALE)—數(shù)字量輸出及控制線11條—電源線及CLOCK：5條

4ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖5ADC0809主要信號引腳的功能說明IN7～IN0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號有時簡寫為ST.

6OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(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)。9Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).10◆輸入通道選通地址表11◆ALE是地址鎖存選通信號，該信號上升沿把地址狀態(tài)選通入地址鎖存器。也可以作為開始轉(zhuǎn)換的啟動信號◆START為啟動轉(zhuǎn)換脈沖輸入端，其上跳變復(fù)位轉(zhuǎn)換器，下降沿啟動轉(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，實現(xiàn)自動連續(xù)轉(zhuǎn)換12◆EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，從START信號上升沿開始經(jīng)8個時鐘周期后由高電平變?yōu)榈碗娖?。該信號也可作為中斷請求信號◆CLK為時鐘信號輸入端，最高可達1280kHz◆REF(+)和REF(－)為基準電壓輸入端，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一起接基準電壓，REF(－)接地端GND13◆轉(zhuǎn)換時序14單片A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口MCS-51系列單片機和ADC0809的接口15◆單片機的端口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的時鐘信號CLK由單片機的ALE信號提供◆轉(zhuǎn)換的啟動信號START和8路模擬輸入開關(guān)的地址鎖存允許信號ALE由單片機的寫信號WR及地址譯碼輸出信號邏輯提供?！舯窘涌谟肞2.7作I/O地址選擇信號，相當(dāng)于用ADC0809的片選信號作啟動信號，其地址為7FFFH16◆轉(zhuǎn)換開始時，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的利用率低?！魧Ρ窘涌陔娐房删幊鱿鄳?yīng)的程序。在主程序中要對外部中斷進行預(yù)置，然后啟動ADC0809進行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)緩沖存儲單元50H～57H，再由主程序進行處理17◆轉(zhuǎn)換程序如下：

ORG 2000H SETB IT0 ；外中斷請求信號為下跳沿觸發(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A/D轉(zhuǎn)換……；繼續(xù)主程序，等待中斷18◆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I(yè)NCR1；指向下一通道REP：MOVA，R1；MOVX @DPTR，A ；啟動下一路轉(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19模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)（AI）濾波？、放大？20設(shè)計模擬量輸入通道應(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每個通道的采樣頻率4信號修整要求比例變換。。。。21作用在A/D輸入端的干擾常態(tài)干擾指疊加在被測信號上的高頻噪聲信號，又稱為串模干擾。22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。23這種總是以常態(tài)干擾的形式作用于信號輸入端上的干擾，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CommonModeRejectionRatio24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25（2）光電隔離器切斷共態(tài)干擾電流回路26THEEND27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28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，對計算機的干擾總是通過傳導(dǎo)和直接輻射兩種途徑進入計算機控制系統(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29過程通道的抗干擾措施（3）◆常態(tài)干擾：疊加在被測信號上的干擾噪聲，又稱為串模干擾3031過程通道的抗干擾措施（4）◆共態(tài)干擾：A/D轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓，又稱為共模干擾32過程通道的抗干擾措施（4）常態(tài)干擾的抑制◆若常態(tài)干擾頻率比被測信號頻率高，則采用輸入低通濾波器來抑制高頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率比被測信號頻率低，則采用輸入高通濾波器來抑制低頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率落在被測信號頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器較為適宜

33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，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(輸入信號的平均值,非瞬時值)◆在常態(tài)干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對被測信號應(yīng)盡可能早地進行前置放大，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34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信號相當(dāng)，則可采取下述方法：—從根本上消除產(chǎn)生常態(tài)干擾的原因，對測量儀表進行良好的電磁屏蔽—利用數(shù)字濾波技術(shù)對已進入計算機的帶有常態(tài)干擾的數(shù)據(jù)進行處理35過程通道的抗干擾措施（8）共模干擾的抑制◆為了衡量一個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。36過程通道的抗干擾措施（9）◆利用雙端輸入的運算放大器作為A/D轉(zhuǎn)換器前面的前置放大器

37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—輸入阻抗?。?k以下—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—光耦在封閉狀態(tài)下工作—輸入回路與輸出回路之間分布電容小，而絕緣電阻大38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?39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

—儀表放大器具有共模抑制能力強、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等特點,是一種專門用來分離共模干擾器件40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—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

41過程通道的抗干擾措施（14）◆對來自電源或由電源回路產(chǎn)生的干擾的處理措施：—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—在每一塊集成電路芯片的電源與地引入端接一個無感的瓷片電容器，其容量一般為0.01~0.1μF—若一個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10～100μF的大電容和一個0.01~0.1μF的無感瓷片電容—防止驅(qū)動器通過邏輯電路板的電源線和地線引入干擾42過程通道的抗干擾措施（15）◆對輸出電路干擾采取的措施：少見,但

★

把同一類型的所有輸出驅(qū)動器的輸出線以及交流、直流供電線等聚集在一起，套以獨立的鐵殼屏蔽管，并遠離其它類型的輸入輸出等信號線

43過