AD转换器及其接口技术.pptx

逐次逼近型：转换时间短，抗扰性差（电压比较）ADC0809（8位），AD574（12位）。双斜积分型：转换时间长，抗扰性好（积分）MC14433（11位），ICL7135（14位）。V/F转换器：转换时间长，具有输出连续跟踪输入,线性度好的特点,抗扰性好（开关量输入）。LM331，AD652。第1页/共30页A/D转换器的主要技术指标：转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。积分型：毫秒级；逐次比较：微秒级；全并行：纳秒级。分辨率：通常用数字量的位数通常用数字量的位数n(n(字长字长)来表示，如来表示，如8 8位、位、1212位、位、1616位等。位等。LSB（最低有效位）满量程的1/2n 线性误差：理想转换特性理想转换特性(量化特性量化特性)应该是线性的，但实际应该是线性的，但实际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为最大误差定义为线性误差线性误差。线性误差常用。线性误差常用LSBLSB的分数表示，如的分数表示，如(1/2)LSB(1/2)LSB或或1LSB1LSB。量程：即所能转换的输入电压范围，如即所能转换的输入电压范围，如-5V-5V+5V,0+5V,010V10V，0 05V5V等。等。对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的精度产基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响。故在设计时，应考虑是否要外接精密基准电源。生很大影响。故在设计时，应考虑是否要外接精密基准电源。第2页/共30页2.2.1 A/D转换器 逐次比较式逐次比较式A/DA/D转换器组成及原理转换器组成及原理一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。（介绍转换原理）第3页/共30页 一个 n 位A/D转换器的模数转换表达式是 式中 n n位A/D转换器；VR+、VR-基准电压源的正、负输入；VIN要转换的输入模拟量；B转换后的输出数字量。即当基准电压源确定之后，n位A/D转换器的输出数字量B与要转换的输入模拟量VIN呈正比。第4页/共30页 例题：一个8位A/D转换器，设VR+=5.02 V，VR=0 V，计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。解：把已知数代入公式 0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位单路AD574A、ADC803等。第5页/共30页1、8位位A/D转换器器ADC0809 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器 开关树与256R T型电阻网络合起来为DAC。SAR逐次逼近寄存器。第6页/共30页主要技术指标：转换时间：100ss线性误差：线性误差：1/2LSB1/2LSB分辨率：分辨率：8 8位位当模拟量输入电压范围当模拟量输入电压范围0-5V0-5V时，可使用单一的时，可使用单一的5V5V电源电源温度范围：温度范围：40-+8540-+85可直接与可直接与CPUCPU连接，不需另加接口逻辑连接，不需另加接口逻辑内部带内部带8 8路模拟开关，可接入路模拟开关，可接入8 8路模拟信号，输出带锁存器路模拟信号，输出带锁存器逻辑电平与逻辑电平与TTLTTL兼容兼容第7页/共30页引脚及功能Vin0-Vin7：8个模拟量输入端；START：启动A/D转换信号，下降沿 开始A/D转换；EOC：转换结束信号，当A/D转换结束后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束。用作A/D转换结束的检测信号；OE：输出允许信号，高电平有效。此信号有效，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量；CLOCK：时钟输入，转换时间为转换时间为6464个时钟周期。当个时钟周期。当f f500KHZ500KHZ，T=128sT=128s；当；当f f640KHZ640KHZ，T=100sT=100s；ALEALE：地址所存允许，高电平有效。：地址所存允许，高电平有效。ALEALE高电平允许高电平允许C C、B B、A A选选择的通道被选中，该通道的模拟量接入择的通道被选中，该通道的模拟量接入A/DA/D转换器；转换器；C C、B B、A A：通道信号选择端子，：通道信号选择端子，C C为最高位，为最高位，A A为最低位；为最低位；DO7-DO0DO7-DO0：数字量输出端；：数字量输出端；Vref+Vref+，Vref-Vref-：参考电压；单极性输入时，：参考电压；单极性输入时，Vref+Vref+5v5v，Vref-Vref-0v0v；Vcc:电源，GND:地第8页/共30页逻辑组成：(1)8(1)8通模拟开关及通道选择逻辑通模拟开关及通道选择逻辑 该该部部分分的的功功能能是是实实现现8 8选选1 1操操作作，通通道道选选择择信信号号C C、B B、A A，在在ALEALE的作用下送入通道选择逻辑。的作用下送入通道选择逻辑。注意：转换时序。注意：转换时序。(2)8(2)8位位A/DA/D转换器转换器 在在STARTSTART上上收收到到一一个个启启动动转转换换命命令令(正正脉脉冲冲)后后开开始始转转换换，100s100s左左右右(64(64个个时时钟钟周周期期)后后转转换换结结束束(相相应应的的时时钟钟频频率率为为640KHZ)640KHZ)。转转换换结结束束时时，EOCEOC信信号号由由低低电电平平变变为为高高电电平平，通通知知CPUCPU读结果。读结果。通过查询或中断方式读取。通过查询或中断方式读取。(3)(3)三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器 用用于于存存放放转转换换结结果果D D，输输出出允允许许信信号号OEOE为为高高电电平平时时，D D由由DO7DO7DO0DO0上上输输出出；OEOE为为低低电电平平输输入入时时，数数据据输输出出线线DO7DO7DO0DO0为为高高阻阻态。态。第9页/共30页 8通道模通道模拟开关及通道开关及通道选择 该部分的功能是实现该部分的功能是实现8 8选选1 1操作，由通道选择信号操作，由通道选择信号C C、B B、A A，在，在地址地址锁存信号存信号ALEALE的作用下送入通道选择逻辑。的作用下送入通道选择逻辑。VIN1 100VIN0000通道ABCVIN7 111第10页/共30页转换时序序 时序解释：1-41地址锁存2启动A/D转换3转换结束4读取转换结果第11页/共30页2、12位位A/D转换器器AD547A（AD1674）AD574A是一种高性能的12位逐位逼近式A/D转换器分辨率为1/212=0.024%转换时间为25s,适合于在高精度快速采样系统中使用误差1/2LSB，单极性或双极性输入，量程10V或20V。内部有时钟脉冲源和基准电压源，AD1674有S/H。内部结构大体与ADC0809类似，由12位A/D转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与10V基准电压源构成，可以直接与主机数据总线连接，但只能输入一路模拟量。AD574A也采用28脚双立直插式封装。第12页/共30页第13页/共30页各引脚功能如下：Vcc（7）：工作电源正端，+12 VDC或+15 VDC。V EE（11)：工作电源负端，12 VDC或15 VDC。V L（1)：逻辑电源端，+5 VDC。虽然使用的工作电源为12VDC或15 VDC，但数字量输出及控制信号的逻辑 电平仍可直接与TTL兼容。DGND（15)，AGND（9)：数字地，模拟地。VREF OUT（8)：基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为+10.00 V1。VREF IN（10)：基准电压源输入端，+10 VDC。如果VREF OUT通过电阻接至VREF IN，则可用来调量程。第14页/共30页 ：转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。DB0-DB11：12位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。CE：片能用信号，输入，高电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。R/：读/转换信号，输入，高电平为读A/D转换数据，低电平为起动A/D转换。12/：数据输出方式选择信号，输入，高电平时输出12位数据，低电平时与A0信号配合输出高8位或低4位数据。12/不能用TTL电平控制，必须直接接至+5V(引脚1)或数字地(引脚15)。第15页/共30页A0：字节信号，在转换状态，A0为低电平可使AD574A产生12位转换，A0为高电平可使AD574A产生8位转换。在读数状态，如果12/为低电平，A0为低电平时，则输出高8位数，而A0为高电平时，则输出低4位数；如果12/为高电平，则A0的状态不起作用。10VIN，20VIN，BIP OFF：模拟电压信号输入端。单极性应用时，将BIP OFF接0 V，双极性时接10 V。量程可以是10 V，也可以是20 V。输入信号在10 V范围内变化时，将输入信号接至10 VIN；在20V范围内变化时，接至20VIN。第16页/共30页单、双极性应用 单极性：BIP OFF接0V；双极性：BIP OFF接10V。调零方法：满量程调整方法：调零满度第17页/共30页转换结果输出：引脚12/=1：D11-D0并行输出；引脚12/=0：D的高8位D11-D4与低4位D3-D0分时输出；控制逻辑 无操作XXX1X无操作XXXX0输出低4位数字10101输出高8位数字00101输出12位数字X1101启动8位转换10001启动12位转换0X001操作功能A012/R/CE第18页/共30页转换时序1启动A/D转换2 A/D转换开始3A/D转换结束第19页/共30页转换时序：读时序4读取转换结果5 转换结束第20页/共30页2.2.2 A/D转换器接口技术A/D转换器接口技术要考虑如下问题：1、模拟量输入信号的连接（1）输入电压要求，单极性或双极性；（2）多通道处理：采用带有多路开关的A/D转换器，如ADC0809；采用单通道A/D芯片，在模拟量输入端加接多路开关；2、数据输出与系统总线的连接：A/DA/D转换器通常都具有三态数据转换器通常都具有三态数据输出缓冲器，因而允许输出缓冲器，因而允许A/DA/D转换器直接同系统总线相连接。如果没转换器直接同系统总线相连接。如果没有就需要扩展；有就需要扩展；3 3、A/DA/D转换启动信号：脉冲型启动转换，电平启动转换。转换启动信号：脉冲型启动转换，电平启动转换。4 4、转换结束信号及转换数据的读取：脉冲信号，电平信号，、转换结束信号及转换数据的读取：脉冲信号，电平信号，CPUCPU一一般采用三种方式来检查般采用三种方式来检查A/DA/D转换是否结束。（转换是否结束。（1 1）程序查询方式；）程序查询方式；（2 2）中断方式；（）中断方式；（3 3）软件延时。）软件延时。5 5、参考电平：、参考电平：Vref+Vref+，Vref-Vref-。6 6、时钟的连接：芯片内部提供、时钟的连接：芯片内部提供AD574AAD574A；外部提供：由外部振荡；外部提供：由外部振荡器提供或由系统时钟分频后得到；器提供或由系统时钟分频后得到；7 7、接地：、接地：DgndDgnd，AgndAgnd，连接时应分别接地。，连接时应分别接地。第21页/共30页1.ADC0809与8255A接口 8255A的A口工作方式0。A口为数据输入端 C口上半部分为输入，下半部分为输出。PC0-PC2 通道地址ABC PC3 ALE和START：地址锁存，启动转换 PC7 EOC和OE：检测转换结束，输出使能 8255A系统地址2C0H2C3H。补充：8255 工作方式；8255编程选择控制字，C口置位/复位控制字。第22页/共30页分析程序流程：分析程序流程：（1 1）确定选择模拟通道号）确定选择模拟通道号 （2 2）输出启动信号）输出启动信号 （3 3）查询是否转换结束）查询是否转换结束 （4 4）读取转换结果）读取转换结果第23页/共30页ADC0809PROC NEAR MOV CX,8 ;循环次数 CLD ;DI自动增量 MOV BL,00H ;模拟通道地址 LEA DI,DATABUF ;字串存储地址 NEXTA:MOV DX,02C2H ;C口MOV AL,BL OUT DX,AL;通道号INC DX ;控制口MOV AL,00000111B；ALE上升沿锁存地址，PC3=1，(置位复位控制字D7=0)OUT DX,AL NOP NOP NOP MOV AL,00000110B；PC3=0,START下降沿启动A/D转换第24页/共30页OUT DX,AL DEC DX ；C口NOSC:IN AL,DX;检测转换结束信号 TEST AL,80H JNZ NOSC;EOC=1,则等待，检测EOC下降沿 NOEOC:IN AL,DX;TEST AL,80H JZ NOSC;EOC=0,则等待，检测EOC上升沿，转换结束 MOV DX,02C0H;A口，读转换结果 IN AL,DX STOS DATABUF;保存结果 INC BL;修改模拟通道地址 LOOP NEXTA；CX-1=0?RET ADC0809 ENDP第25页/共30页2.AD574与8255A接口 AD574的12/接5V，A0接地，工作于12位转换和读出方式。8255A的A口、B口工作方式0，数据输入端 C口上半部分为输入，下半部分为输出。PC0-PC2 R/，CE PC7 STS，检测转换结束 8255A系统地址2C0H2C3H。第26页/共30页第27页/共30页MOV DX,02C2H ;令CS,R/C为低电平,CE=0 MOV AL,00H OUT DX,AL ;C口输出NOP NOP MOV AL,04H ;令CE=1,启动转换 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H;令CE=0,CS,R/C1,启动完毕 OUT DX,AL POLLING:IN AL,DX ;C口,查询STS状态 TEST AL,80H JNZ POLLING;STS=1 则等待,检测下降沿（转换结束）MOV AL,01H ;令CS0,R/C1,准备读第28页/共30页OUT DX,AL NOP MOV AL,05H ;令CE=1,允许读出 OUT DX,AL MOV DX,02C0H IN AL,DX ;A口，读高4位DB11-DB8AND AL,0FH MOV BH,AL ;存高4位 INC DX IN AL,DX ;B口，读低8位DB7-DB0 MOV BL,AL INC DX；C口MOV AL,03H ;使CE=0，CS1,R/C1OUT DX,AL ;结束读出操作第29页/共30页谢谢您的观看！第30页/共30页