傳感器及實(shí)用檢測(cè)技術(shù)（第三版）傳感器與微處理器接口電路

傳感器與微處理器接口電路9.1概述9.2傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)9.2.1傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)9.3傳感器輸出信號(hào)的檢測(cè)電路9.3.1阻抗匹配器9.3.2電橋電路9.3.3放大電路9.3.4電荷放大器9.3.5抗擾電路9.4傳感器與微型計(jì)算機(jī)的連接9.4.1多路模擬開關(guān)（MUX）9.4.2采樣保持器（S/H）9.4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC）9.4.4傳感器電路應(yīng)用實(shí)例傳感器與微處理器接口電路

9.1概述以計(jì)算機(jī)為中心的現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)采集與傳感器相結(jié)合的方式，能最大限度地完成測(cè)試工作的全過程。它既能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)，又能對(duì)所獲信號(hào)進(jìn)行分析處理求得有用信息。圖9-1所示為計(jì)算機(jī)控制現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)，它能完成對(duì)多點(diǎn)、多種隨時(shí)間變化的被測(cè)參量的快速、實(shí)時(shí)測(cè)量，并能排除噪聲干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信號(hào)分析，由測(cè)得的信號(hào)求出與研究對(duì)象有關(guān)信息的量值或給出其狀態(tài)的判別。一一一一

傳感器的作用是完成信號(hào)的獲得，它把各種被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它使整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)成為一個(gè)智能化的有機(jī)整體，在軟件導(dǎo)引下按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)采集與存貯，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析與處理，指令以適當(dāng)形式輸出、顯示或記錄測(cè)量結(jié)果，驅(qū)動(dòng)控制裝置。圖9-1計(jì)算機(jī)現(xiàn)代控制測(cè)試系統(tǒng)9.2傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)

9.2.1傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)：

傳感器輸出的信號(hào)，一般具有以下特點(diǎn)：（1）傳感器輸出信號(hào)的類型不同，分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)又分為數(shù)字開關(guān)量、數(shù)字脈沖列。例如輸出量為電阻、電容、電感、電壓、電流等都是模擬量，開關(guān)量信號(hào)是一種接點(diǎn)信號(hào)，即由繼電器或其它電器接點(diǎn)的接通、斷開產(chǎn)生的“通”、“斷”信號(hào)，例機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開和電子開關(guān)導(dǎo)通與截止。數(shù)字脈沖列是一種電平信號(hào)，由信號(hào)電平的“高”、“低”組成的脈沖序列，例如頻率信號(hào)。

（2）傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，如電壓信號(hào)為μV級(jí)mV級(jí)，電流信號(hào)為nA級(jí)～mA級(jí)。（3）傳感器的輸出阻抗比較高，會(huì)使傳感器輸出信號(hào)在傳遞過程中產(chǎn)生較大的衰減。（4）由于傳感器內(nèi)部噪聲（如熱噪聲、散粒噪聲等）的存在，使輸出信號(hào)與噪聲混合在一起。當(dāng)傳感器的信噪比小，而輸出信號(hào)又弱時(shí)，信號(hào)淹沒在噪聲中。（5）傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍很寬，輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)的變化而變化。一部分傳感器的輸入與輸出特性呈線性或基本成線性比例關(guān)系，但部分傳感器的輸入與輸出特性是非線性的，如按指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)或開方函數(shù)等而變化。

（6）傳感器的輸出特性會(huì)受外界環(huán)境干擾及各種電磁干擾的影響，其中主要是受溫度的影響，有溫度系數(shù)存在。（7）傳感器的輸出特性與電源性能有關(guān)，一般需采用恒壓供電或恒流供電。

9.2.2傳感器接口電路應(yīng)滿足的要求：

1．要考慮阻抗匹配的問題。在傳感器輸出為高阻抗的情況下，由阻抗變換電路，變換為低阻抗，以便于檢測(cè)電路準(zhǔn)確地?fù)烊鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)。

2．輸出信號(hào)的幅值要足夠大，能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的后續(xù)電路。一般由放大電路將微弱的傳感器輸出信號(hào)放大。3．傳感器的輸出信號(hào)為不同的變量，要進(jìn)行信號(hào)處理，通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。如電橋電路可將電阻、電容、電感量轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)；I/V變換器可將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；電荷放大器將電場(chǎng)型傳感器輸出產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓；F/V轉(zhuǎn)換電路可將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

4．考慮到環(huán)境溫度的影響，加要溫度補(bǔ)償電路。

5．在傳感器的輸出特性不是線性的情況下，可通過線性化電路來進(jìn)行線性校正。現(xiàn)在也可通過軟件由微機(jī)進(jìn)行線性化處理。

6．接口電路要能夠抗干擾，具有較好的穩(wěn)定性。對(duì)噪聲要進(jìn)行噪聲抑制，對(duì)電磁干擾要進(jìn)行濾波、屏蔽和隔離。7．當(dāng)輸出信號(hào)有多個(gè)（如多點(diǎn)巡回檢測(cè)）時(shí)，一臺(tái)微機(jī)要對(duì)它們實(shí)時(shí)分時(shí)采樣，需在輸入通道的某個(gè)適當(dāng)位置配置多路模擬開關(guān)。另外，當(dāng)模擬量變化較快時(shí)，要加采樣保持器。

8．傳感器的輸出信號(hào)為模擬量時(shí)，經(jīng)放大、信號(hào)處理后，輸入計(jì)算機(jī)前要進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，常用轉(zhuǎn)換電路有A/D轉(zhuǎn)換器、V/F轉(zhuǎn)換器等。

9.3傳感器輸出信號(hào)的檢測(cè)電路傳感器的接口電路中完成對(duì)傳感器輸出信號(hào)預(yù)處理的各種接口電路統(tǒng)稱為檢測(cè)電路，經(jīng)檢測(cè)電路預(yù)處理過的信號(hào)，應(yīng)成為可供測(cè)量、控制使用及便于向微型計(jì)算機(jī)輸入的信號(hào)形式。

下面具體介紹常用電路：

9.3.1阻抗匹配器

1．半導(dǎo)體管阻抗匹配器半導(dǎo)體管阻抗匹配器是一個(gè)BJT共集極電路，又稱為射極輸出器，也被稱為電壓跟隨器。圖9-2為其基本電路，輸入電阻（9-1）(9-2)

其特點(diǎn)是：電壓增益小于1而近于1，輸出電壓與輸入電壓同相，輸入阻抗高，輸出阻抗低。雖然射極輸出器的電壓放大倍數(shù)小于1，但是它的輸入阻抗高，可減小放大器對(duì)信號(hào)源（或前級(jí)）所取的信號(hào)電流。同時(shí)，它的輸出電阻低，可減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)放大倍數(shù)的影響。另外，它對(duì)電流仍有放大作用。圖9-2射極輸出器原理圖

其特點(diǎn)是：電壓增益小于1而近于1，輸出電壓與輸入電壓同相，輸入阻抗高，輸出阻抗低。雖然射極輸出器的電壓放大倍數(shù)小于1，但是它的輸入阻抗高，可減小放大器對(duì)信號(hào)源（或前級(jí)）所取的信號(hào)電流。同時(shí)，它的輸出電阻低，可減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)放大倍數(shù)的影響。另外，它對(duì)電流仍有放大作用。圖9-2射極輸出器原理圖

在射極輸出基本電路的基礎(chǔ)上，可以采取若干措施來進(jìn)一步提高輸入電阻。圖9-3為采用自舉電路以提高射極輸出器輸入電阻的電路。其工作原理，請(qǐng)讀者自行分析。圖9-3采用自舉電路射極輸出器電路圖2．場(chǎng)效應(yīng)管阻抗匹配器場(chǎng)效應(yīng)管阻抗匹配器為場(chǎng)效應(yīng)管共漏極電路—源極輸出器。電路如圖9-4所示。輸入電阻

(9-3)

源極輸出器其特點(diǎn)是：電壓增益小于1而近于1，輸入輸出電壓同相，輸入阻抗高，輸出阻抗低。圖9-4源極輸出器電路圖

為提高輸入阻抗，可采用阻值高的Rg3。但當(dāng)Rg3很大時(shí)，自身的穩(wěn)定性會(huì)變差，噪聲會(huì)變大，對(duì)放大器的低噪聲設(shè)計(jì)不利。所以常采用如圖9-5所示的自舉反饋電路。3．運(yùn)算放大器阻抗匹配器

圖9-6為自舉型高輸入阻抗放大器。A1、A2為理想放大器。根據(jù)虛地原理，A1的“-”端與“+”端電位相同均為0；而A2與A1情況相同。

所以， （9-4）

（9-5）-

同理： （9-6）

（9-7）

（9-8）將式（9-8）代入式（9-9）得 (9-9)

(9-10)

令Rf1=R2，Rf2=2R1，可得輸入阻抗為： （9-11）

選擇適當(dāng)阻值，Ri很高，若為0.01%時(shí)，R1=10KΩ，則Ri=100MΩ。9.3.2電橋電路1．直流電橋

直流電橋主要用于電阻或傳感器中作R/V轉(zhuǎn)換電路。圖9-7為直流電橋的基本電路，E為直流電源，R1～R4為直流電阻，構(gòu)成四個(gè)橋臂］其輸出電壓為：

圖9-7為直流電橋原理路

（9-12）電橋的平衡平衡條件為： （9-13）當(dāng)電橋平衡時(shí)，U0=0，利用這一關(guān)系可以很方便地為傳感器設(shè)置零點(diǎn)。若R1為傳感器電阻，其余三個(gè)為固定電阻，此電橋稱作單臂電橋。若R1的電阻發(fā)生變化，產(chǎn)生增量△R，則電橋輸出為：

（9-14）

可以證明R1=R2=R3=R4時(shí)，電橋靈敏度最大，此時(shí)電橋稱為四等臂電橋，其非線性誤差最小。取R1=R2=R3=R4=R，則

（9-15）

上式表明單臂電橋輸出為非線性。若R1、R2均為傳感器電阻，且R1變化為R+ΔR，R2變化為R-ΔR，R3、R4為固定電阻，此電橋稱為差動(dòng)電橋，則電橋輸出為：

（9-16）

式（9-16）與（9-15）相比，表明差動(dòng)電橋靈敏度提高了一倍，且輸出為線性的。另外，差動(dòng)電橋還可以起到溫度補(bǔ)償作用。

若采用圖9-8電路，此電路為全橋電路，其輸出：

（9-17）

其靈敏度又提高一倍，輸出為線性，且可起到溫度補(bǔ)償作用。因此全橋電路應(yīng)用較廣。

2．交流電橋交流電橋主要用于測(cè)量電容式傳感器、電感式傳感器的電容、電感的變化。圖9-9交流電橋電路原理圖

圖9-9為交流電橋電路，Z1和Z2為阻抗元件，同時(shí)為電感或電容，電橋兩臂為差動(dòng)方式。

電橋平衡條件為：

（9-18）當(dāng)電橋平衡時(shí)U0=0

測(cè)量時(shí)，若Z1=Z0+△Z，Z2=Z0－△Z，則電橋輸出電壓為：

（9-19）若Z1=Z0-△Z，Z2=Z0＋△Z，則

（9-20）9.3.3放大電路

傳感器的輸出信號(hào)一般比較微弱，需通過放大電路將其輸出的直流信號(hào)或交流信號(hào)進(jìn)行放大處理，為檢測(cè)系統(tǒng)提供高精度的信號(hào)。放大電路各種各樣，以滿足系統(tǒng)不同的精度及穩(wěn)定性要求。我們這里僅介紹由運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路。

1.反相放大器

反響放大器基本電路如圖9-10所示，輸入信號(hào)Ui通過R1接到反相輸入端，同相輸入端接地。輸出信號(hào)U0通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。輸出電壓U0的表達(dá)式為：（9-21）

由上式可得反相放大器特點(diǎn)：（1）輸出電壓與輸入電壓反相。（2）放大倍數(shù)只取決于Rf與R1的比值，既可大于1，也可小于1，具有很大的靈活性，因此反相放大器也被稱為比例放大器，廣泛應(yīng)用于各種比例運(yùn)算中。2.同相放大器圖9-11同相放大器同相放大器的基本電路如圖9-11所示，輸入電壓Ui直接接入同相輸入端，輸出電壓通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。輸出電壓U0的表達(dá)式為：

(9-22)

由上式可得同相放大器特點(diǎn)：（1）輸出電壓與輸入電壓同相。（2）放大倍數(shù)取決于Rf與R1的比值，但數(shù)值不能小于1（只能放大，不能縮?。?。

3.差動(dòng)放大器圖9-12差動(dòng)放大器

（9-23）令R1=R2，Rf=R3，可得

（9-24）由上式可得差動(dòng)放大器的特點(diǎn)：（1）輸出電壓正比于U2與U1的差值。（2）抗干擾能力強(qiáng)，既能抑制共模信號(hào)，又能抑制零點(diǎn)漂移。

差動(dòng)放大器的基本電路如圖9-12所示，兩個(gè)輸入電壓U1和U2分別經(jīng)R1和R2加到運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端，輸出電壓U0經(jīng)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。由疊加原理可得輸出電壓U0為：9.3.4電荷放大器

電荷放大器是一種帶電容負(fù)反饋的高輸入阻抗（電荷損失很少）、高放大倍數(shù)的運(yùn)算放大器，其原理示意圖如圖9-13所示。

圖9-13電荷放大器原理圖 輸入信號(hào)為電荷量Q，輸出信號(hào)電壓U0經(jīng)反饋電容Cf反饋到反相輸入端，同相端接地。由“虛地”可知Ui=0，

（9-25）即 （9-26）由上式可以看出，電荷放大器的輸出電壓U0只與電荷Q和反饋電容Cf有關(guān)。9.3.5抗擾電路在傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)中，往往混入一些與被測(cè)量無關(guān)的干擾信號(hào)，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，控制裝置誤動(dòng)作。所以須采取相應(yīng)措施，提取有用信號(hào)，抑制噪聲等干擾信號(hào)。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)噪聲重要的是抑制噪聲源，選用質(zhì)量好的器件；對(duì)系統(tǒng)間噪聲是要防止外來噪聲的侵入，主要采用屏蔽、濾波、隔離電路來完成。1、屏蔽

屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導(dǎo)線、電路及組合件包圍起來，以隔離內(nèi)外電磁或電場(chǎng)的相互干擾。屏蔽可分3種，即電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽。電場(chǎng)屏蔽主要用來防止元器件或電路間因分布電容耦合產(chǎn)生的干擾。磁場(chǎng)屏蔽主要用來消除元器件或電路間因磁場(chǎng)寄生耦合產(chǎn)生的干擾，磁場(chǎng)屏蔽的材料一般都選用高磁導(dǎo)系數(shù)的磁性材料。電磁屏蔽主要用來防止高頻電磁場(chǎng)的干擾。電磁屏蔽的材料應(yīng)選用高磁導(dǎo)系數(shù)的材料，如銅、銀等，利用電磁場(chǎng)在屏蔽金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流而起屏蔽作用。電磁屏蔽體可以不接地，但為防止分布電容的影響，可以使電磁屏蔽體接地，兼起電場(chǎng)屏蔽作用。電場(chǎng)屏蔽體必須可靠接地。2、濾波

濾波器是一種能使有用頻率信號(hào)順利通過而同時(shí)抑制（或大為衰減）無用頻率信號(hào)的電子裝置。它可以是由R、L、C組成的無源濾波器，也可以是由運(yùn)算放大器和R、C組成的有源濾波器。濾波器的特性用幅頻響應(yīng)來表征。對(duì)于幅頻響應(yīng)，把能夠通過的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶。按照通帶和阻帶的相互位置不同，濾波電路通常可分為以下幾類：1）低通濾波器其幅頻響應(yīng)如圖9-14所示。A0表示低頻增益，|A|為增益的幅值。

由圖可知，低通濾波器只允許有用的低頻信號(hào)通過，而使高頻干擾信號(hào)被濾除。圖9-15為一有源低通濾波器電路。圖9-15有源低通濾波器2）高通濾波器其幅頻響應(yīng)如圖9-16所示。由圖可知，與低通濾波器相反，它將低頻干擾信號(hào)濾除，而讓高頻有用信號(hào)通過。

圖9-17為一有源高通濾波器電路。

圖9-17有源高通濾波器

3）帶通濾波器

其幅頻響應(yīng)如圖9-18所示。由圖可知，它有兩個(gè)阻帶，一個(gè)通帶，只允許某一頻帶內(nèi)（通帶）的信號(hào)通過。而通帶下限頻率ωL以下、上限頻率ωH以上的信號(hào)均被濾除。圖9-19有源帶通濾波器4）帶阻濾波器

其幅頻響應(yīng)如圖9-20所示。由圖可知，與帶通濾波器相反，它有兩個(gè)通帶，一個(gè)阻帶，只使某一個(gè)頻帶內(nèi)的信號(hào)被阻隔，其余部分可以通過。

除以上介紹的幾種濾波電路外，濾波器還有很多種，在此不再一一介紹。圖9-21有源帶阻濾波器3、隔離

當(dāng)前后兩個(gè)電路信號(hào)端接地時(shí)，易形成環(huán)路電流，引起噪聲干擾。所以需采用隔離的方法，把兩個(gè)電路從電路上隔開。常用的隔離方法有兩種：變壓器隔離和光電隔離。

1）變壓器隔離

在兩個(gè)電路之間加入隔離變壓器，將電路分為互相絕緣的兩部分，電路上完全隔離，而輸入信號(hào)經(jīng)變壓器以磁通耦合方式傳遞到輸出端，這樣以磁為媒介，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的傳輸。2）光電隔離圖9-22光電隔離電路

光電隔離電路由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成。如圖9-22所示，當(dāng)輸入端加上電信號(hào)，發(fā)光二極管有電流流過而發(fā)光，使光敏三極管受到光照后而導(dǎo)通。當(dāng)輸入端無電信號(hào)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止。這樣通過光電耦合的方法實(shí)現(xiàn)電路的隔離，即以光為媒介，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸。光電耦合能傳送各種信號(hào)。一般在直流或超低頻測(cè)量系統(tǒng)中，常采用光電隔離。9.4傳感器與微型計(jì)算機(jī)的連接

由檢測(cè)電路預(yù)處理過的檢測(cè)信號(hào)在輸入微型計(jì)算機(jī)前還要經(jīng)相應(yīng)的接口電路進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成CPU能直接進(jìn)行運(yùn)算處理的信號(hào)，如模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，而數(shù)字信號(hào)也要轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量。不同類型的傳感器，其輸出信號(hào)類型不同，進(jìn)入計(jì)算機(jī)前的接口電路也不同。多路模擬信號(hào)輸入通道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)如圖9-23所示，下面我們分別介紹各個(gè)組成單元。9.4.1多路模擬開關(guān)（MUX）

在輸入信號(hào)有多個(gè)時(shí)，常采用多路模擬開關(guān)對(duì)它們進(jìn)行巡回檢測(cè)，以節(jié)省A/D轉(zhuǎn)換器和I/O接口。這種開關(guān)的種類很多，但它們的工作原理基本是一樣的。下面以AD7501模擬多路開關(guān)為例介紹其工作原理。AD7501是8通道多路開關(guān)，圖9-24為其工作原理示意圖。圖中A0、A1、A2為地址譯碼輸入端，與微處理器的地址總線相連。EN為允許輸入端。只有當(dāng)EN=1時(shí)，被測(cè)信號(hào)才允許輸入S1～S8是8個(gè)模擬信號(hào)的輸入端，它們與被測(cè)信號(hào)相連。OUT為公共輸出端。

圖9-25為AD7501的引腳圖，表9-1為其真值表。表9-1真值表A2A1A0EN“ON”0001S10011S20101S30111S41001S51011S61101S71111S8×××0不通9.4.2采樣保持器（S/H）1、工作原理

A/D轉(zhuǎn)換芯片完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。當(dāng)被測(cè)量變化很快時(shí)，為了使A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入信號(hào)在轉(zhuǎn)換期間保持不變，需要應(yīng)用采樣保持器。圖9-26為采樣保持器工作波形示意圖，圖中每一采樣值被保持到下一次采樣為止。

圖9-27為其電路原理圖。它由輸入輸出緩沖放大器A1和A2、保持電容CH、開關(guān)K組成。

采樣保持器有兩種運(yùn)行模式——采樣模式和保持模式，由模式控制信號(hào)控制。開關(guān)K受模式控制信號(hào)控制，在采樣模式下，開關(guān)K閉合，A1是高增益放大器，其輸出對(duì)CH快速充電，使CH上電壓和輸出電壓U0快速跟蹤Ui的變化，AV=1；在保持期間，開關(guān)K斷開，由于A2輸入阻抗很高，CH上電壓保持充電電壓的終值，即使采樣保持器的輸出保持在發(fā)出保持命令時(shí)的輸入值。2、常用芯片——LF398

LF398是一種常用的通用型采樣保持器芯片。其結(jié)構(gòu)圖如圖9-28所示。保持電容CH外接，參考電壓端⑦腳一般接地。當(dāng)邏輯輸入⑧腳為高電平時(shí)，LF398工作于采樣模式；當(dāng)邏輯輸入為低電平時(shí)，其工作于保持模式。

圖9-29為其典型接線圖。LF398還有交直流調(diào)零電路。

9.4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC）

A/D轉(zhuǎn)換器是集成在一塊芯片上能完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的單元電路。其種類很多，按轉(zhuǎn)換原理和特點(diǎn)的不同，可分成兩大類：直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。

1、直接A/D轉(zhuǎn)換器

直接A/D轉(zhuǎn)換器是把模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量，而不需要經(jīng)過中間變量。常用電路有逐位逼近式、計(jì)數(shù)式和并行式。下面我們介紹逐位逼近式ADC。

1）工作原理

逐位逼近式ADC轉(zhuǎn)換速度快，結(jié)構(gòu)比較單位，價(jià)格不高，是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的一種。

逐位逼近式ADC的工作原理圖如圖9-30所示。電路由比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、時(shí)序電路、控制邏輯等組成。

轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，所以D/A轉(zhuǎn)換器輸出全為零。轉(zhuǎn)換控制信號(hào)UL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘信號(hào)首先將寄存器的最高位置成1，使寄存器輸出為100…00。這個(gè)數(shù)字量被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓Uf，并送到比較器與輸入信號(hào)Ui進(jìn)行比較。如果Uf＞Ui，說明數(shù)字過大了，則這個(gè)1應(yīng)去掉；如果Uf＜Ui，說明這個(gè)數(shù)字還不夠，這個(gè)1應(yīng)予保留。然后，再按同樣的方法將次高位置1，并比較Uf與Ui的大小以決定這一位的1是否應(yīng)當(dāng)保留。這樣逐位比較下去，直到最低位比較完為止。這時(shí)寄存器所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。2、常用芯片——ADC0808/0809ADC0808/0809是8通道、8位逐次逼近式ADC，其價(jià)格低廉，便于與微機(jī)連接，應(yīng)用十分廣泛。圖9-31所示為ADC0808/0809的結(jié)構(gòu)框圖，它由三部分組成：8路模擬量選通開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。

圖9-32為ADC0808/0809的引腳圖。各引腳功能如下：

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬信號(hào)輸入端。

D0～D7：數(shù)字量輸出端，D0為最低有效位（LSB），D7為最高有效位（MSB）。

CBA：模擬輸入通道選擇地址信號(hào)，A為低位，C為高位。

UR(+)、UR(－)：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。

VCC：電源電壓輸入端。

ALE：地址鎖存器允許信號(hào)輸入端，高電平有效。

START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。在脈沖上升沿，A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部寄存器均被清零，在其下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。

EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC立即輸出一正階躍信號(hào)，作為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的查詢信號(hào)或中斷請(qǐng)求信號(hào)。

OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)OE輸入高電平