第三章計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及其應(yīng)用

第三章模擬量輸入通道

本章要點(diǎn)：

1．模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成。

2．多路開關(guān)，前置放大、采樣保持等各環(huán)節(jié)的功能作用。

3．8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片及其接口電路。

4．12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A芯片及其接口電路。返回總目錄

引言

3.1信號(hào)調(diào)理電路

3.2多路模擬開關(guān)

3.3前置放大器

3.4采樣保持器

3.5A/D轉(zhuǎn)換器

3.6A/D轉(zhuǎn)換模板

思考題

主要內(nèi)容：引言模擬量輸入通道的任務(wù)－-把被控對象的過程參數(shù)如溫度、壓力、 流量、液位、重量等模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。構(gòu)成如圖所示：核心是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器3.1信號(hào)調(diào)理電路

在控制系統(tǒng)中，對被控量的檢測往往采用各種類型的測量變送器，當(dāng)它們的輸出信號(hào)為0-10mA或4-20mA的電流信號(hào)時(shí)，一般是采用電阻分壓法把現(xiàn)場傳送來的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，以下是兩種變換電路。

1.無源I/V變換

2.有源I/V變換

1.無源I/V變換構(gòu)成－－無源器件電阻＋RC濾波＋二極管限幅等實(shí)現(xiàn)，取值:輸入0-10mA，輸出為0-5V，R1=100Ω，R2=500Ω； 輸入4-20mA，輸出為1-5V，R1=100Ω，R2=250Ω；電路圖：2.有源I/V變換構(gòu)成－－

運(yùn)算放大器＋電阻電容組成；電路放大倍數(shù)－－同相放大電路取值－

R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ輸入0~10mA輸出0~5V

R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ輸入4~20mA輸出1~5V電路圖：

3.2多路模擬開關(guān)

由于計(jì)算機(jī)的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于被測參數(shù)的變化，因此一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可供幾十個(gè)檢測回路使用，但計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻只能接收一個(gè)回路的信號(hào)。所以，必須通過多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多選1的操作，將多路輸入信號(hào)依次地切換到后級(jí)。常用集成電路芯片－－CD4051(雙向、單端、8路)、CD4052(單向、 雙端、4路)、AD7506(單向、單端、16路)等主要知識(shí)點(diǎn)

3.2.1結(jié)構(gòu)原理

3.2.2擴(kuò)展電路3.2.1結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)以常用8路模擬開關(guān)CD4051為例:構(gòu)成－電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成。工作過程－當(dāng)禁止端INH=1時(shí)，斷開，即S0~S7端與Sm端不可能接通； 當(dāng)INH=0時(shí)，前后級(jí)通道接通，即Sm＝SABC

圖

CD4051結(jié)構(gòu)原理鏈接動(dòng)畫3.2.2擴(kuò)展電路

當(dāng)采樣通道多至16路時(shí)，可直接選用16路模擬開關(guān)的芯片，也可以將2個(gè)8路4051并聯(lián)起來，組成1個(gè)單端的16路開關(guān)。例題3-1試用兩個(gè)CD4051擴(kuò)展成一個(gè)1×16路的模擬開關(guān)。例題分析：通道選擇信號(hào)-數(shù)據(jù)總線D2-D0；當(dāng)D3=0時(shí)，選中上面的多路開關(guān)禁止端--D3用來控制兩個(gè)多路開關(guān)的。當(dāng)D3=1時(shí)，選中下面的多路開關(guān)鏈接動(dòng)畫圖多路模擬開關(guān)的擴(kuò)展電路3.3前置放大器主要知識(shí)點(diǎn)

引言

3.3.1測量放大器

3.3.2可變增益放大器

引言前置放大器的任務(wù)－將輸入模擬小信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍 如0-5VDC;對單純的微弱信號(hào)－可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端同相放大或單 端反相放大。如圖所示，同相放大倍數(shù)G=1+R2/R1；反相放大倍數(shù)G=－R2/R1。鏈接動(dòng)畫圖放大電路3.3.1測量放大器電路構(gòu)成－采用一組運(yùn)放構(gòu)成的測量放大器，作用抑制生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器信號(hào) 共模干擾。經(jīng)典的測量放大器－－由三個(gè)運(yùn)放組成的對稱結(jié)構(gòu)，測量放大器差動(dòng)輸入端 VIN

和VIN

分別是兩個(gè)運(yùn)放A1、A2的同相輸入端， 輸入阻抗很高，而且完全對稱地直接與被測信號(hào)相 連，因而有極強(qiáng)的抑制共模干擾能力。

RG是外接增益電阻,目前這種測量放大器的集成電路芯片有多種，如AD521/522、INA102等鏈接動(dòng)畫3.3.2可變增益放大器

可變增益放大器或可編程放大器－－在A/D轉(zhuǎn)換通道中，多路被測信號(hào)大小不同，測量放大器的增益不同，但共用一個(gè)測量放大器，且放大到A/D轉(zhuǎn)換器的同一量程范圍的電路。構(gòu)成－－

RG換成一組精密的電阻網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)電阻支路上有一個(gè)開關(guān)，通過支路開關(guān)依次通斷就可改變放大器的增益。支路開關(guān)自上而下閉合時(shí) 的放大器增益分別為2、4、8、16、32、64、128、256倍。鏈接動(dòng)畫圖可變增益放大器3.4采樣保持器

當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，如果輸入信號(hào)變化較快，就會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器。

3.4.1數(shù)據(jù)采樣定理

3.4.2采樣保持器3.4.1數(shù)據(jù)采樣定理離散系統(tǒng)或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)--把連續(xù)變化的量變成離散量后再進(jìn)行 處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的采樣形式--有周期采樣、多階采樣和隨機(jī)采樣。應(yīng)用最 多的是周期采樣。周期采樣--就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)y(t)，按一定的時(shí)間間隔T轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)0，T，2T，…的一連串脈沖序列信號(hào)

y*(t)，如圖3-7所示。鏈接動(dòng)畫圖信號(hào)的采樣過程采樣器的常用術(shù)語：采樣器或采樣開關(guān)--執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置，采樣時(shí)間或采樣寬度τ--采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間。采樣周期T--采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔注：1、在實(shí)際系統(tǒng)中，

《T

，即近似地認(rèn)為采樣信號(hào)y*(t)是y(t)在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值；

2、香農(nóng)定理（采樣定理）指出：為了使采樣信號(hào)y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號(hào)y(t)，采樣頻率f至少要為原信號(hào)最高有效頻率fmax的2倍，即f

2fmax。采樣定理給出了y*(t)唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)所必需的最低采樣頻率。實(shí)際應(yīng)用中，常取f

（5~10）fmax。3.4.2采樣保持器

1、零階采樣保持器--零階采樣保持器是在兩次采樣的間隔時(shí)間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。它的組成原理電路與工作波性如圖所示。

構(gòu)成－－輸入輸出緩沖放大器A1、A2和采樣開關(guān)S、保持電容CH。工作過程－采樣期間，開關(guān)S閉合，輸入電壓VIN通過A1對CH快速充電，輸出電壓VOUT跟隨VIN變化；保持期間，開關(guān)S斷開，由于A2的輸入阻抗很高，理想情況下電容CH將保持電壓VC不變，因而輸出電壓VOUT=VC也保持恒定。鏈接動(dòng)畫圖零階采樣保持器實(shí)際工作中－－保持期間的電容保持電壓VC在緩慢下降，這是由于保持電容的漏電流所致。保持電壓VC的變化率為式中：

ID--為保持期間電容的總泄漏電流，它包括放大器的輸入電流、開關(guān)截止時(shí)的漏電流與電容內(nèi)部的漏電流等。電容CH值--增大電容CH值可以減小電壓變化率，但同時(shí)又會(huì)增加充電即采樣時(shí)間，因此保持電容的容量大小與采樣精度成正比而與采樣頻率成反比。一般情況下，保持電容CH是外接的，所以要選用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高質(zhì)量的電容器，容量為510~1000pF。2、零階集成采樣保持器--常用的零階集成采樣保持器有AD582、LF198/298/398等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖所示。這里，用TTL邏輯電平控制采樣和保持狀態(tài)，如AD582的采樣電平為“0”，保持電平為“1”，而LF198的則相反。

結(jié)論-保持器在采樣期間，不啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，保持期間，立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，從而保證A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確保A/D轉(zhuǎn)換精度圖集成采樣保持器3.5A/D轉(zhuǎn)換器

3.5.1工作原理與性能指標(biāo)

3.5.2ADC0809芯片及其接口電路

3.5.3AD574A芯片及其接口電路

主要知識(shí)點(diǎn)3.5.1工作原理與性能指標(biāo)

1．逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理

2．雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理

3．電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理

4．A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)

1．逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理

n位A/D轉(zhuǎn)換器--由n位寄存器、n位D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算比較器、控制邏輯電路、輸出鎖存器等五部分組成?，F(xiàn)以4位A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量9轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)1001為例，說明逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。

鏈接動(dòng)畫圖逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖

當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)在控制邏輯作用下，

首先使寄存器的最高位D3

1，其余為0，此數(shù)字量1000經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即VO

8，送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換的模擬量VIN=9進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷。當(dāng)VIN

VO，則保留D3=1；

再對下一位D2進(jìn)行比較，同樣先使D2

1，與上一位D3位一起即1100進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為VO

12再進(jìn)入比較器，與VIN

9比較，因VIN

VO，則使D2

0；

再下一位D1位也是如此，D1

1即1010，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為VO=10，再與VIN

9比較，因VIN

VO，則使D1

0；

最后一位D0

1-即1001經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為VO

9，再與VIN

9比較，因VIN

VO，保留D0

1。比較完畢，寄存器中的數(shù)字量1001即為模擬量9的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是

n——n位A/D轉(zhuǎn)換器；

VR+、VR-

——基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入；

VIN——要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量；

B——轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量。

例題3-2：一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)VR+=5.02V，VR

=0V，計(jì)算當(dāng)VIN分別為0V、2.5V、5V時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量。解：把已知數(shù)代入公式（3-4）：

0V、2.5V、5V時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量分別為00H、80H、FFH。

此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有普通型8位單路ADC0801～ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位單路AD574A、ADC803等。2．雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理

在轉(zhuǎn)換開始信號(hào)控制下，開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓VIN在固定時(shí)間T內(nèi)對積分器上的電容C充電（正向積分），時(shí)間一到，控制邏輯將開關(guān)切換到與VIN極性相反的基準(zhǔn)電源上，此時(shí)電容C開始放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)比較器判定電容C放電完畢時(shí)就輸出信號(hào)，由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。這時(shí)計(jì)數(shù)器所記的脈沖個(gè)數(shù)正比于放電時(shí)間。圖雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理圖3．電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理電壓/頻率式轉(zhuǎn)換器-把模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的器件。V/F轉(zhuǎn)換的方法--常見的電荷平衡V/F轉(zhuǎn)換法.構(gòu)成－

A1是積分輸入放大器，A2為零電壓比較器，恒流源IR和開關(guān)S構(gòu)成A1的反充電回路，開關(guān)S由單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器觸發(fā)控制圖電荷平衡式V/F轉(zhuǎn)換原理工作過程－－當(dāng)積分放大器A1的輸出電壓VO下降到零伏時(shí)，零電壓比較器A2輸出跳變，則觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器，即產(chǎn)生暫態(tài)時(shí)間為T1的定時(shí)脈沖，并使開關(guān)S閉合；同時(shí)又使晶體管T截止，頻率輸出端VfO輸出高電平。在開關(guān)S閉合期間，恒流源IR被接入積分器的㈠輸入端。由于電路是按IR＞Vimax/Ri設(shè)計(jì)的，故此時(shí)電容C被反向充電，充電電流為IR-Vi/Ri，則積分器A1輸出電壓VO從零伏起線性上升。當(dāng)定時(shí)T1時(shí)間結(jié)束，定時(shí)器恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，使開關(guān)S斷開，反向充電停止，同時(shí)使晶體管T導(dǎo)通，VfO端輸出低電平。開關(guān)S斷開后，正輸入電壓Vi開始對電容C正向充電，其充電電流為Vi/Ri，則積分器A1輸出電壓VO開始線性下降。當(dāng)VO=0時(shí)，比較器A2輸出再次跳變，又使單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器產(chǎn)生T1時(shí)間的定時(shí)脈沖而控制開關(guān)S再次閉合，A1再次反向充電，同時(shí)VfO端又輸出高電平。如此反復(fù)下去，就會(huì)在積分器A1輸出端VO、單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器脈沖輸出端和頻率輸出端VfO端產(chǎn)生如圖上頁b所示的波形，其波形的周期為T。根據(jù)反向充電電荷量和正向充電電荷量相等的電荷平衡原理，可得則VfO端輸出的電壓頻率為結(jié)論–fO與Vi成線性比例關(guān)系；轉(zhuǎn)換精度受積分電容的漏電流影響，還受IR

、Ri和T1準(zhǔn)確度影響。（1）分辨率

分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號(hào)變化的敏感程度。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位等。分辨率為n，表示它可以對滿刻度的1/2n的變化量作出反應(yīng)。即：分辨率=滿刻度值/2n

4．A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度,用絕對誤差和相對誤差來表示。絕對誤差＝實(shí)際模擬量輸入值－理論值絕對誤差包括增益誤差，零點(diǎn)誤差和非線性誤差等。相對誤差－(指絕對誤差/滿刻度值)*100%

對A/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù)LSB（LeastSignificantBit)）來表示，1LSB=1／2n

。

例如，對于一個(gè)8位0~5V的A/D轉(zhuǎn)換器，如果其相對誤差為±1LSB，則其絕對誤差為±19.5mV，相對百分誤差為0.39％。一般來說，位數(shù)n越大，其相對誤差（或絕對誤差）越小。（2）轉(zhuǎn)換精度

（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。如逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級(jí)，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí)。

3.5.2ADC0809及其接口電路主要知識(shí)點(diǎn)

1.ADC0809芯片介紹

2．ADC0809接口電路

1.ADC0809芯片介紹8位逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為1/28≈0.39%模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是0-+5V標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100

s采用28腳雙立直插式封裝

圖

ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳鏈接動(dòng)畫各引腳功能如下：

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。上升沿時(shí)鎖存3位通道選擇信號(hào)。A、B、C：3位地址線即模擬量通道選擇線。ALE為高電平時(shí)，地址譯碼與對應(yīng)通道選擇見表3-2。START：啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入，高電平有效。上升沿時(shí)將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。OE：輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。該信號(hào)用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將A/D轉(zhuǎn)換得到的8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。D0～D7：8位數(shù)字量輸出。D0為最低位，D7為最高位。由于有三態(tài)輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連。CLOCK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端。當(dāng)脈沖頻率為640kHz時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100

s。VR+，VR-：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，通常VR+=

5VDC，VR-=0VDC。Vcc：工作電源，

5VDC。GND：電源地。ADC0809的內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)序其轉(zhuǎn)換過程表述如下：首先ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中。同時(shí)START的上升沿將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘的作用下，逐位逼近過程開始，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC即變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC恢復(fù)高電平，此時(shí)，如果對輸出允許OE輸入一高電平命令，則可讀出數(shù)據(jù)。圖ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序2．ADC0809接口電路

A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路主要是解決主機(jī)如何分時(shí)采集多路模擬量輸入信號(hào)的，即主機(jī)如何啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，如何判斷A/D完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，如何讀入并存放轉(zhuǎn)換結(jié)果的。下面僅介紹兩種典型的接口電路。

（1）查詢方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)（2）定時(shí)方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)（1）查詢方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)

圖為采用程序查詢方式的8路8位A/D轉(zhuǎn)換接口電路構(gòu)成－－PC總線、ADC0809以及138譯碼器、74LS02非與門（即或非門）與 74LS126三態(tài)緩沖器組成。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換地址PA=01000000，每一路的口址分別為000-111，故8路轉(zhuǎn)換地址為40H-47H。鏈接動(dòng)畫現(xiàn)說明啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程：首先主機(jī)執(zhí)行啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換指令OUTPA，AL，AL＝40H地址PA=40H使138譯碼器輸出Y0=0非與門02（3）產(chǎn)生脈沖信號(hào)到引腳ALE和STARTALE的上升沿將通道地址代碼000鎖存并進(jìn)行譯碼，選通第一路 VIN0，使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中；

START的上升沿將ADC0809中的逐位逼近寄存器SAR清零,下降沿 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘的作用下開始逐位逼近的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程主機(jī)查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC的狀態(tài)。INAL，PBY1=0

PB=48HIOR=0

與門02（1）產(chǎn)生脈沖信號(hào)并選通126三態(tài)緩沖器，使EOC電平狀態(tài)出現(xiàn)在 數(shù)據(jù)線D0上,讀入數(shù)據(jù)，判斷EOC–EOC=0,A/D正在轉(zhuǎn)換，

EOC=1,A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。INAL，PA,PA＝40H;

IOR=0，Y1=0,與門02（2）產(chǎn)生脈沖信號(hào)，即產(chǎn)生輸出允許信號(hào)到OE;使ADC0809內(nèi)部的三態(tài)輸出鎖存器釋放轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線上，并被讀入到AL中,并存入BX中。接口地址加1，返回進(jìn)行下一路轉(zhuǎn)換

接口程序如下：

MOVBX，BUFF；置采樣數(shù)據(jù)區(qū)首址

MOVCX，08H；８路輸入START：OUTPA，AL；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

REOC：INAL，PB；讀EOCRCRAL，01；判斷EOCJNCREOC；若EOC=0，繼續(xù)查詢

INAL，PA；若EOC=1，讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)

MOV[BX]，AL；存A/D轉(zhuǎn)換數(shù)

INCBX；存A/D轉(zhuǎn)換數(shù)地址加1INCPA；接口地址加1LOOPSTART；循環(huán)（2）定時(shí)方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)

定時(shí)方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的電路組成如圖所示它與查詢方式不同之處－－無需查詢EOC引腳狀態(tài)而只需等待轉(zhuǎn)換時(shí)間，然后讀 取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)。因此，硬件電路可以取消126三態(tài)緩沖器及其控制電路， 軟件上也相應(yīng)地去掉查詢EOC電平的REOC程序段，而換之以調(diào)用定時(shí)子 程序（CALLDELAY）即可。定時(shí)時(shí)間應(yīng)略大于ADC0809的實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí) 間8×8個(gè)時(shí)鐘周期640KHz。鏈接動(dòng)畫這兩種方法的共同點(diǎn)：硬軟件接口簡單，但在轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占了CPU時(shí)間，好在這種逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間只在微秒數(shù)量級(jí)。當(dāng)選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，因其轉(zhuǎn)換時(shí)間在毫秒級(jí)，因此采用中斷法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的方式更為適宜。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，究竟采用何種接口方式要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器芯片而定。3.5.3AD574A芯片及其接口電路

主要知識(shí)點(diǎn)

1．AD574A芯片介紹

2.AD574A接口電路

8位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率約為0.0039，轉(zhuǎn)換精度在0.4％以下,這對一些精度要求比較高的控制系統(tǒng)而言是不夠的，因此要采用更多位的A/D轉(zhuǎn)換器，如10位、12位、14位等A/D轉(zhuǎn)換器。下面以AD574A為例介紹12位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口電路。1．AD574A芯片介紹AD574A是一種高性能的12位逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為1/212=0.024%轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs,適合于在高精度快速采樣系統(tǒng)中使用內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體與ADC0809類似，由12位A/D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器與10V基準(zhǔn)電壓源構(gòu)成，可以直接與主機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，但只能輸入一路模擬量AD574A也采用28腳雙立直插式封裝AD574A原理框圖及引腳各引腳功能如下：Vcc：工作電源正端，+12VDC或+15VDC。VEE：工作電源負(fù)端，

12VDC或

15VDC。VL：邏輯電源端，+5VDC。雖然使用的工作電源為

12VDC或

15VDC，但數(shù)字量輸出及控制信號(hào)的邏輯電平仍可直接與TTL兼容。DGND，AGND：數(shù)字地，模擬地。REFOUT：基準(zhǔn)電壓源輸出端，芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源為+10.00V

1％。REFIN：基準(zhǔn)電壓源輸入端，如果REFOUT通過電阻接至REFIN，則可用來調(diào)量程。

：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示已轉(zhuǎn)換完畢。

D0-D11：12位輸出數(shù)據(jù)線，三態(tài)輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連。

CE：片能用信號(hào)，輸入，高電平有效。

：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。

R/：讀/轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入，高電平為讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。12/：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)，輸入，高電平時(shí)輸出12位數(shù)據(jù)，低電平時(shí)與A0信號(hào)配合輸出高8位或低4位數(shù)據(jù)。12/不能用TTL電平控制，必須直接接至+5V(引腳1)或數(shù)字地(引腳15)。A0：字節(jié)信號(hào)，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，A0為低電平可使AD574A產(chǎn)生12位轉(zhuǎn)換，A0為高電平可使AD574A產(chǎn)生8位轉(zhuǎn)換。在讀數(shù)狀態(tài)，如果12/為低電平，A0為低電平時(shí)，則輸出高8位數(shù)，而A0為高電平時(shí)，則輸出低4位數(shù)；如果12/為高電平，則A0的狀態(tài)不起作用。CE、、R/、12/、A0各控制信號(hào)的組合作用，列于表3-4。注：×表示1或0都可以。

10VIN，20VIN，BIPOFF：模擬電壓信號(hào)輸入端。單極性應(yīng)用時(shí)，將BIPOFF接0V，雙極性時(shí)接10V。量程可以是10V或20V。輸入信號(hào)在10V范圍內(nèi)變化時(shí)，將輸入信號(hào)接至10VIN；在20V范圍內(nèi)變化時(shí)，接至20VIN。模擬輸入信號(hào)的幾種接法如表所示，相應(yīng)電路如圖3-18所示。圖AD574A的輸入信號(hào)連接方法2.AD574A接口電路

12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A與PC總線的接口有多種方式。既可以與PC總線的16位數(shù)據(jù)總線直接相連，構(gòu)成簡單的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；也可以只占用PC總線的低8位數(shù)據(jù)總線，將轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量分兩次讀入主機(jī)，以節(jié)省硬件投入。同樣，在A/D轉(zhuǎn)換器與PC總線之間的數(shù)據(jù)傳送上也可以使用程序查詢、軟件定時(shí)或中斷控制等多種方法。由于AD574A的轉(zhuǎn)換速度很高，一般多采用查詢或定時(shí)方式。其接口電路及其程序參見下一節(jié)。3.6A/D轉(zhuǎn)換模板1、A/D轉(zhuǎn)換模板也需要遵循I/O模板的通用性原則：符合 總線標(biāo)準(zhǔn)，接口地址可選以及輸入方式可 選。輸入方式可選主要是指模板既可以接受 單 端輸入信號(hào)也可以接受雙端差動(dòng)輸入信號(hào)。2、A/D轉(zhuǎn)換模板結(jié)構(gòu)組成I/O電氣接口－完成電平轉(zhuǎn)換、濾波、隔離等信號(hào)調(diào)理 作用；I/O功能部分－實(shí)現(xiàn)采樣、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，總線接口－完成數(shù)據(jù)緩沖、地址譯碼等功能。8路12位A/D轉(zhuǎn)換模板的示例圖中只給出了總線接口與I/O功能實(shí)現(xiàn)部分，由8路模擬開關(guān)CD4051、采樣保持器LF398、12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A和并行接口芯片8255A等組成。該模板的主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率：12位；通道數(shù)：單端8路；輸入量程：單極性0~10V；轉(zhuǎn)換時(shí)間：25μs；傳送應(yīng)答方式：查詢該模板采集數(shù)據(jù)的過程如下：

(1)通道選擇將模擬量輸入通道號(hào)寫入8255A的端口C低4位（PC3~PC0），可以依次選通8路通道。

(2)采樣保持控制把AD574A的信號(hào)通過反相器連到LF398的信號(hào)采樣保持端，當(dāng)AD574A未轉(zhuǎn)換期間或轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)＝0，使LF398處于采樣狀態(tài)，當(dāng)AD574A轉(zhuǎn)換期間＝1，使LF398處于保持狀態(tài)。

(3)啟動(dòng)AD574A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換通過8255A的端口PC6~PC4輸出控制信號(hào)啟動(dòng)AD574A。（4）查詢AD574A是否轉(zhuǎn)換結(jié)束讀8255A的端口A，查詢是否已由高電平變?yōu)榈碗娖健＃?）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果若已由高電平變?yōu)榈碗娖?，則讀8255A端口A、B，便可得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。設(shè)8255A的A、B、C端口與控制寄存器的地址為2C0H-2C3H，主過程已對8255A初始化，且已裝填DS、ES(兩者段基值相同)，采樣值存入數(shù)據(jù)段中的采樣值緩沖區(qū)BUF，另定義一個(gè)8位內(nèi)存單元BUF1。該過程的數(shù)據(jù)采集程序框圖:AD574APROCNEAR；過程定義偽指令

MOVCX，8；計(jì)數(shù)器初始

CLD；標(biāo)志位DF清零

MOVAL，00000000B；

MOVBUF1，AL；CE=0，=0，R/=0，＝0＝C =B=A=0，控制信號(hào)初始，通道號(hào)初始

LEABX，BUF；置采樣緩沖區(qū)首址

NEXTCH：MOVDX，2C2H；8255A的PC口址

MOVAL，BUF1

OUTDX，AL；送PC口控制信號(hào)與通道號(hào)

NOP

NOP