微型计算机控制技术第二章ppt课件.ppt

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1、微型计算机控制技术微型计算机控制技术第第2 2章章 输入输入/ /输出接口与过程通道输出接口与过程通道微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6 A/D转换器及接口技术转换器及接口技术 2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理 2.6.2 如何选择如何选择A/D转换器件转换器件 2.6.3 常用常用A/D转换器转换器 2.6.4 A/D转换器的接口技术转换器的接口技术微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6 A/D转换器及接口技术转换器及接口技术 A/D转换器是把模拟电压或电流转换成数字量的集成电路转换器是把模拟电压或电流转换成数字量的集成电路器件，是模拟量输入通道中的关键器件

2、，其性能对通道的器件，是模拟量输入通道中的关键器件，其性能对通道的设计和计算机控制系统性能的影响很大。设计和计算机控制系统性能的影响很大。 按位数来分：按位数来分：有有4位、位、8位、位、12位、位、16位等位等 按结构来分：按结构来分：有单一功能有单一功能A/D转换器，有多功能的转换器，有多功能的A/D转转换器，如换器，如AD363，其内部含有，其内部含有16路多路开关、数据放大路多路开关、数据放大器、采样保持器及器、采样保持器及12位位A/D转换器。转换器。 按工作原理来分：按工作原理来分：有双积分型、逐次逼近型、有双积分型、逐次逼近型、-调制型调制型及电压频率变换型等。及电压频率变换型等

3、。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理 逐次逼近式种类多、逐次逼近式种类多、应用广。应用广。 主要由逐次逼近寄存主要由逐次逼近寄存器器SAR、D/A转换器、转换器、比较器、时钟及控制比较器、时钟及控制逻辑等组成。逻辑等组成。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理 转换原理：转换原理： 逐位设定逐位设定 SAR 寄存器寄存器中的数字量，该数字量中的数字量，该数字量经过经过D/A转换后得到电转换后得到电压压Uo，将，将Uo与待转换的与待转换的输入模拟电压输入模拟电压Ui进行比进行比较。较。根

4、据比较结果，修根据比较结果，修正正SAR中的数字量，逐中的数字量，逐次逼近输入模拟量。次逼近输入模拟量。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.1 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理 比较时，先从比较时，先从SAR的最的最高位开高位开 始，逐次确定各始，逐次确定各位的数码是位的数码是“1”还是还是“0” 工作过程如下：工作过程如下： 如果如果UiUo，该位的，该位的“1” 保留；保留； 如果如果Ui Uo，最高位保留。，最高位保留。依次类推，给定输入依次类推，给定输入3.5V电压时对应的逐次比较过电压时对应的逐次比较过程如下：程如下：U UO O=0.3125V=0.3125VD

5、D* * U Ui i=3.5V=3.5V步骤步骤SAR内容内容转换后转换后电压电压UO(V)UiUO比比较较该位该位去留去留8421(1)10002.5UiUO保留保留(2)11003.75UiUO保留保留(4)10113.4375UiUO保留保留结果结果1011误差：误差：3.5V3.4375V=0.0625VU UO O=0.3125V=0.3125VD D* * U Ui i=3.5V=3.5V微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.2 如何选择如何选择A/D转换器件转换器件 1A/D转换器的位数转换器的位数 对于测量或测控系统，模拟信号都是先经过测量对于测量或测控系统，模拟信号都

6、是先经过测量装置再经过装置再经过A/D转换器转换后采进行处理的，也转换器转换后采进行处理的，也就是说，总的误差是由就是说，总的误差是由测量误差测量误差和和量化误差量化误差共同共同构成的。因此构成的。因此A/D转换器的精度应与测量装置的转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。精度相匹配。 量化误差与量化误差与A/D转换器位数有关。转换器位数有关。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 A/D转换器的转换器的分辨率分辨率通常用通常用位数位数n来表示，如来表示，如8位、位、12位等。位等。 一般把一般把8位以下的位以下的A/D转换器称为转换器称为低分辨率低分辨率A/D转转换器，换器，912位的称为位的称

7、为中分辨率中分辨率的的A/D转换器，转换器，13位以上的称为位以上的称为高分辨率高分辨率A/D转换器。转换器。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 分辨率分辨率定义为满刻度电压与定义为满刻度电压与2n的比值，即分辨率的比值，即分辨率是是A/D转换器对微小输入量变化的敏感程度转换器对微小输入量变化的敏感程度。 假设假设A/D转换器的位数为转换器的位数为n，满量程电压为，满量程电压为FSR，则分辨率定义为：则分辨率定义为：nFSR2分辨率量化单位就是分辨率。量化单位就是分辨率。相对分辨率定义为：相对分辨率定义为：n1100%100%FSR2分辨率相对分辨率微型计算机控制技术微型计算机控制技术 A

8、/D转换器分辨率与位数的关系转换器分辨率与位数的关系（假设满量程为（假设满量程为10V ）位数位数级数级数相对分辨率相对分辨率 绝对分辨率绝对分辨率82560.391%39.1mV1010240.0977%9.77mV1240960.0244%2.44mV14163840.0061%0.61mV16655360.0015 %0.15mV 分辨率的高低取决于分辨率的高低取决于位数的多少位数的多少，因此，一般用，因此，一般用位数来间位数来间接表示分辨率接表示分辨率。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 2A/D转换器的转换速率转换器的转换速率 A/D转换器从启动转换到结束转换，需要一定的转换器从启

9、动转换到结束转换，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是转换速率，它是转换时间。转换时间的倒数就是转换速率，它是每秒钟完成的转换次数。每秒钟完成的转换次数。 3采样采样/保持器保持器 对于一般频率较高的模拟信号都要加采样对于一般频率较高的模拟信号都要加采样/保持器。保持器。如果信号频率不高，如果信号频率不高，A/D转换的时间短，即采用转换的时间短，即采用高速高速A/D器件时，可不使用采样器件时，可不使用采样/保持器。采集直保持器。采集直流或者变化非常缓慢的信号时，也可以不使用采流或者变化非常缓慢的信号时，也可以不使用采样样/保持器。保持器。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 4A/D转换器量

10、程转换器量程 表示表示A/D转换器所能转换的输入电压范围，如转换器所能转换的输入电压范围，如-5V+5V，010V，05V等。有些等。有些A/D转换器件提供了不同量程的引转换器件提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。脚，只有正确使用，才能保证转换精度。 5偏置极性偏置极性 有些有些A/D器件提供了双极性偏置控制。当此引脚接地时，器件提供了双极性偏置控制。当此引脚接地时，信号为单极性输入方式，当此引脚接基准电压时，信号为信号为单极性输入方式，当此引脚接基准电压时，信号为双极性输入方式。双极性输入方式。 6数据输出方式数据输出方式 A/D转换器件输出的逻辑电平多数为转换器件输出的逻

11、辑电平多数为TTL电平，有并行和电平，有并行和串行两种输出形式。串行两种输出形式。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 7工作温度范围工作温度范围 由于温度会对运算放大器和电阻网络产生影响，故只有在由于温度会对运算放大器和电阻网络产生影响，故只有在一定的温度范围内才能保证额定的精度指标。一定的温度范围内才能保证额定的精度指标。 8线性度线性度 线性度指的是实际线性度指的是实际A/D器件的转移函数与理想直线的最大器件的转移函数与理想直线的最大偏移。偏移。 9A/D转换对电源电路的要求转换对电源电路的要求 A/D转换器对电源的要求较高。这是因为在转换器对电源的要求较高。这是因为在A/D转换电路转换

12、电路中，电源除了完成对中，电源除了完成对A/D转换芯片供电外，还需提供转换芯片供电外，还需提供A/D转换的基准电压。基准电源的精度将影响转换的基准电压。基准电源的精度将影响A/D转换结果精转换结果精度。如何选择合适的电压基准源呢？简单来说，需要电压度。如何选择合适的电压基准源呢？简单来说，需要电压基准源简单、基准电压稳定。基准源简单、基准电压稳定。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.3 常用常用A/D转换器转换器 1. ADC0808/0809 ADC0808/0809是采用是采用CMOS工艺的多路工艺的多路8位逐次逼近型位逐次逼近型A/D转换器，芯片内包括一个转换器，芯片内包括一个8

13、通道多路模拟开关、通道多路模拟开关、8位位A/D转换器和一个转换器和一个8位数据输出锁存器。位数据输出锁存器。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术IN3 IN2IN3 IN2IN4 IN1IN4 IN1IN5 IN0IN5 IN0IN6 ADDAIN6 ADDAIN7 ADDBIN7 ADDBSTART ADDC START ADDC EOC ALEEOC ALED3 D7D3 D7OE D6OE D6CLK D5CLK D5VCC D4VCC D4V VREFREF+ D0+ D0GND VGND VREFREF- -D1 D2D1 D2ADC0809微型计算机控制技术微型计算机控制技术

14、（1）ADC0809主要技术指标。主要技术指标。 线性误差为线性误差为1LSB； 转换时间为转换时间为100s； 单一电源单一电源+5V供电，模拟量输入范围供电，模拟量输入范围0+5V； 功耗功耗15mW； 输出具有输出具有TTL三态锁存缓冲器；三态锁存缓冲器； 无需进行零位及满量程调整；无需进行零位及满量程调整； 温度范围温度范围-40+85。 价格（价格（630元，与厂家和封装形式有关）元，与厂家和封装形式有关）微型计算机控制技术微型计算机控制技术图2-20 ADC0808/0809原理图微型计算机控制技术微型计算机控制技术（2）ADC0809的内部结构引脚功能的内部结构引脚功能 ADC0

15、809的逻辑结构框图如下图所示，其的逻辑结构框图如下图所示，其结构可分为：结构可分为： 多路模拟开关；多路模拟开关； 逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器；转换器； 输出锁存器输出锁存器ADC0808/0809原理框图原理框图三态三态输出输出锁存器锁存器逐次逐次逼近逼近寄存器寄存器8选选1模拟模拟多路多路开关开关地址地址锁存器锁存器译码器译码器开关数组开关数组比比较较器器控控 制制 逻逻 辑辑STARTEOCCLKABCALEVccOEGNDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0D7D6D5D4D3D2D1D0+VREF-VREF电阻分压器电阻分压器UiUOVcc ： 芯片工作电源，芯片

16、工作电源，+5V GND： 芯片地信号芯片地信号CLK： 时钟信号时钟信号, 101280KHz，决定，决定A/D转换速率转换速率三态三态输出输出锁存器锁存器逐次逐次逼近逼近寄存器寄存器8选选1模拟模拟多路多路开关开关地址地址锁存器锁存器译码器译码器开关数组开关数组比比较较器器控控 制制 逻逻 辑辑STARTEOCCLKABCALEOEVccGNDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0D7D6D5D4D3D2D1D0+VREF-VREF电阻分压器电阻分压器UiUO + VREF： + 参考电压，一般接参考电压，一般接 +5V VREF： 参考电压参考电压, 一般接一般接 0VIN0

17、IN7 ： 8个模拟输入端个模拟输入端A、B、C ： 地址选择输入端地址选择输入端ALE ：地址锁存允许地址锁存允许, 其上升沿将地址其上升沿将地址C、B、A锁存锁存三态三态输出输出锁存器锁存器逐次逐次逼近逼近寄存器寄存器8选选1模拟模拟多路多路开关开关地址地址锁存器锁存器译码器译码器开关数组开关数组比比较较器器控控 制制 逻逻 辑辑STARTEOCCLKABCALEOEVccGNDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0D7D6D5D4D3D2D1D0+VREF-VREF电阻分压器电阻分压器UiUO微型计算机控制技术微型计算机控制技术 A、B、C：3位地址位地址输入，输入，C为最高位

18、，为最高位，A为最低位。通过为最低位。通过C、B、A的不同组合选择即可的不同组合选择即可选择接入的模拟量输选择接入的模拟量输入通道。入通道。 CBA所选所选通道通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7START ： 高电平时开始转换；即一个正脉冲完成启高电平时开始转换；即一个正脉冲完成启动动A/D转换器。可与转换器。可与ALE端子连接在一起，当通过端子连接在一起，当通过软软件或硬件件或硬件输入输入 一个正脉冲，便启动一个正脉冲，便启动 A/D。三态三态输出输出锁存器锁存器逐次逐次逼近逼近寄存器寄存器8选选1模拟模拟多路多路开关开关地址

19、地址锁存器锁存器译码器译码器开关数组开关数组比比较较器器控控 制制 逻逻 辑辑STARTEOCCLKABCALEOEVccGNDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0D7D6D5D4D3D2D1D0+VREF-VREF电阻分压器电阻分压器UiUOEOC ：转换结束信号，转换结束信号，A/D转换期间为低电平，转换期间为低电平，A/D转换完成后变为高电平，可用作判断转换是否结束。转换完成后变为高电平，可用作判断转换是否结束。三态三态输出输出锁存器锁存器逐次逐次逼近逼近寄存器寄存器8选选1模拟模拟多路多路开关开关地址地址锁存器锁存器译码器译码器开关数组开关数组比比较较器器控控 制制 逻逻

20、辑辑STARTEOCCLKABCALEOEVccGNDIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0D7D6D5D4D3D2D1D0+VREF-VREF电阻分压器电阻分压器UiUOOE （OUTPUT ENABLE） : 输出允许信号输出允许信号, 高电平有高电平有效，效， 允许从三态输出锁存器读取数字信号。允许从三态输出锁存器读取数字信号。D7D0：数字量输出端数字量输出端微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （3）时序图）时序图微型计算机控制技术微型计算机控制技术2. AD574 AD574是美国模拟器件公司（是美国模拟器件公司（Analog Devices）生产的）生产的12位逐次逼近

21、型位逐次逼近型A/D转换转换器。片内配有三态输出缓冲电路，因而可器。片内配有三态输出缓冲电路，因而可直接与各种典型的直接与各种典型的8位或位或16位的微机相连。位的微机相连。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （1）AD574主要技术指标主要技术指标 AD574是是12位逐次逼近型位逐次逼近型A/D转换器，具有可控三态输出转换器，具有可控三态输出缓冲锁存器，缓冲锁存器，12位数据可以一次读出；位数据可以一次读出； 内部集成内部集成+10.000V电压基准源，电压基准源， 内部集成时钟电路，不需外部接线；内部集成时钟电路，不需外部接线； 通过改变外部接线，模拟量输入电压既可以是单极性也是通过改

22、变外部接线，模拟量输入电压既可以是单极性也是可以是双极性；单极性输入时，允许输入的模拟量范围为可以是双极性；单极性输入时，允许输入的模拟量范围为0+10V和和0+20V；双极性输入时允许输入的模拟量范围；双极性输入时允许输入的模拟量范围为为-5V+5V和和-10V+10V。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （2）AD574的内部结构的内部结构图2-22 AD574内部结构及管脚排列图微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （3）AD574芯片引脚功能芯片引脚功能Vcc：工作电源正端，工作电源正端，+12 VDC +15 VDC。VEE：工作电源负端，工作电源负端，-12 VDC -15 VD

23、C。VL：逻辑电路供电输入端，：逻辑电路供电输入端，+5 VDC。DGND：数字地。各种数字电路（译码器、门电路、触发器数字地。各种数字电路（译码器、门电路、触发器等）及等）及+5V电源的地。电源的地。AGND：模拟地。各模拟器件（放大器、比较器、采样保持模拟地。各模拟器件（放大器、比较器、采样保持器等）及器等）及+15V和和-15V的地。的地。REF OUT：基准电压源输出端，基准电压源输出端，+10.000 V。REF IN：基准电压源输入端，如果基准电压源输入端，如果REF OUT通过电阻接至通过电阻接至REF IN，可用来调增益。，可用来调增益。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 S

24、TS：转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。已转换完毕。 DB0-DB11：12位输出数据线，三态输出锁存，可与主机位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。数据线直接相连。 CE：片使能信号（芯片启动），输入，高电平有效。当片使能信号（芯片启动），输入，高电平有效。当CE=1时，允许转换或读取结果，到底是转换还是读取结时，允许转换或读取结果，到底是转换还是读取结果与果与 有关。有关。CS、CECS：片选信号，输入，低电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。必须同时有效，必须同时有效，AD574才能工作，否则处于才能工作，

25、否则处于禁止状态禁止状态。CR/微型计算机控制技术微型计算机控制技术 ：数据输出方式选择信号。此引脚为高电平时：数据输出方式选择信号。此引脚为高电平时，12位数据同时有效输出；当此引脚为低电平时，位数据同时有效输出；当此引脚为低电平时，与引脚与引脚A0配合，把配合，把12位数据分两次输出。位数据分两次输出。CR/8/12：读：读/转换信号。转换信号。微型计算机控制技术微型计算机控制技术注意：注意：如果此时如果此时A0：转换和读字节选择信号。转换和读字节选择信号。 此管脚有两个功能：此管脚有两个功能： 一是选择字节长度。一是选择字节长度。 在转换之前，当在转换之前，当A0=0时，按时，按12位进

26、行位进行A/D转换，转换，转换时间为转换时间为35s；当；当A0=1时，按时，按8位进行位进行A/D转换，转转换，转换时间为换时间为15s，与，与 状态无关。状态无关。 二是选择输出方式。二是选择输出方式。 在读周期中，在读周期中，A0=0，高，高8位数据有效；位数据有效；A0=1，低，低8位数据有效。位数据有效。8/1218/12，同时输出，同时输出12位数据，位数据，与与A0状态无关。状态无关。微型计算机控制技术微型计算机控制技术CECSCR/8/120A操作操作0禁止禁止1禁止禁止1000启动启动12位转换位转换1001启动启动8位转换位转换101+5V12位数据并行输出位数据并行输出1

27、01地地0输出高输出高8位数据位数据101地地1输出低输出低4位数据，尾随位数据，尾随4个个0表2-9 AD574控制信号状态表微型计算机控制技术微型计算机控制技术 10VI N：模拟电压信号输入端，单极性模拟电压信号输入端，单极性010V，双极性，双极性-5V+5V。 20VI N：模拟电压信号输入端，单极性模拟电压信号输入端，单极性020V，双极性，双极性-10V+10V。 BIP OFF ：双极性补偿，此脚适当连接，双极性补偿，此脚适当连接，可实现单极性或双极性输入。可实现单极性或双极性输入。BIP OFF接接0V，单极性输入；，单极性输入；BIP OFF接接10V，双极性，双极性输入。

28、输入。微型计算机控制技术微型计算机控制技术（a）单极性输入）单极性输入（b）双极性输入）双极性输入图图2-23 AD574A模拟输入电路的外部接法模拟输入电路的外部接法微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （1）零点调整）零点调整 在单极性输入时，当输入模拟量在单极性输入时，当输入模拟量Vin为为0时，输出时，输出数字量为数字量为0。 当当Vin=1LSB/2时，那么时，那么D应在应在0与与001H之间。之间。 单极性输入零点调整步骤：另单极性输入零点调整步骤：另Vin=1LSB/2（从（从10Vin脚输入时为脚输入时为+0.0012V），调整图），调整图2-23中的中的RP1，使，使D在在0

29、与与001H之间跳动。之间跳动。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 （2）增益调整）增益调整 增益调整在输入为最大的附近调整。增益调整在输入为最大的附近调整。 在单极性输入时，当输入模拟量在单极性输入时，当输入模拟量Vin=+VFS-1LSB时，时，D=FFFH。 当当Vin= =+VFS-2LSB时，那么时，那么D应在应在FFFH与与FFEH之间。之间。 单极性输入零点调整步骤：另单极性输入零点调整步骤：另Vin=+VFS-1.5LSB（从（从10Vin脚输入时为脚输入时为+4.9936V），调整图），调整图2-23中的中的RP2，使，使D在在FFFH与与FFEH之间跳动。之间跳动。微型计

30、算机控制技术微型计算机控制技术2.6.4 A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 无论哪种无论哪种A/D转换器，也不管其内部结构怎转换器，也不管其内部结构怎样，在将其与微型计算机连接时，都会遇样，在将其与微型计算机连接时，都会遇到许多实际的技术问题。到许多实际的技术问题。 比如：比如： A/D转换器的启动方式，模拟量输转换器的启动方式，模拟量输入通道的构成，参考电源如何提供，状态入通道的构成，参考电源如何提供，状态检测及锁存，时钟信号的提供方式，以及检测及锁存，时钟信号的提供方式，以及电源和地线的处理等。电源和地线的处理等。微型计算机控制技术微型计算机控制技术1模拟输入信号模拟输入信号 在多数

31、情况下，在多数情况下，A/D转换器所接受的模拟输转换器所接受的模拟输人信号为人信号为05V，但允许双极性信号输入的，但允许双极性信号输入的A/D也很多。因此，在连接时一定要弄清输也很多。因此，在连接时一定要弄清输入信号的极性是否与入信号的极性是否与A/D转换器的极性相符，转换器的极性相符，否则要通过外接电路改变输入的极性。也否则要通过外接电路改变输入的极性。也有少数内部带有放大器的有少数内部带有放大器的A/D可直接接受传可直接接受传感器输出的弱信号，但要注意量程范围。感器输出的弱信号，但要注意量程范围。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2数字量输出信号数字量输出信号 在一般的控制系统中所用的

32、在一般的控制系统中所用的A/D转换器多为并行转换器多为并行数据输出，因此当数据输出，因此当A/D转换器内部设置数据锁存转换器内部设置数据锁存器及三态输出控制时，可直接挂在器及三态输出控制时，可直接挂在CPU的数据总的数据总线上；若线上；若A/D转换器内部无三态输出控制，就必转换器内部无三态输出控制，就必须通过须通过I/O接口。接口。 必须注意的是：当必须注意的是：当8位微机与位微机与8位位A/D连接时，可连接时，可一次并行传送一次并行传送8位数；而若与位数；而若与12位或更多位数位或更多位数A/D转换器连接，数据必须分时传送。转换器连接，数据必须分时传送。微型计算机控制技术微型计算机控制技术3

33、A/D转换器的启动方式转换器的启动方式 启动转换信号是启动转换信号是A/D转换器开始进行转换的关键信号，根转换器开始进行转换的关键信号，根据芯片的要求，它可以是据芯片的要求，它可以是脉冲信号脉冲信号或或电平信号电平信号。 在微机控制系统中，脉冲启动信号可由在微机控制系统中，脉冲启动信号可由CPU的地址线及读的地址线及读/写控制信号逻辑组合产生，也可以通过写控制信号逻辑组合产生，也可以通过I/O接口用程序控接口用程序控制产生。制产生。 若采用电平信号启动，一般情况下，在整个若采用电平信号启动，一般情况下，在整个A/D转换的过转换的过程中，要求启动转换的电平维持不变，这就需要用锁存器程中，要求启动

34、转换的电平维持不变，这就需要用锁存器保存该电平状态直至转换结束。脉冲的正负、电平的高低保存该电平状态直至转换结束。脉冲的正负、电平的高低应根据具体电路的要求而定。应根据具体电路的要求而定。微型计算机控制技术微型计算机控制技术4转换结束信号的处理方法转换结束信号的处理方法 转换结束信号一般为电平信号（高电平或低电转换结束信号一般为电平信号（高电平或低电平），它是平），它是A/D转换器的输出信号，该信号已变转换器的输出信号，该信号已变为有效态（高电平或低电平），即表明为有效态（高电平或低电平），即表明A/D转换转换工作已经结束。根据该信号的状态即可从工作已经结束。根据该信号的状态即可从A/D中中读

35、取转换结果。因此转换结束信号是读取转换结果。因此转换结束信号是A/D与外界与外界的联络信号。在微机控制系统中，可由此信号向的联络信号。在微机控制系统中，可由此信号向CPU申请中断或通过程序查询该信号的状态，以申请中断或通过程序查询该信号的状态，以便读取便读取A/D转换结果。转换结果。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5时钟信号的连接时钟信号的连接 时钟信号是时钟信号是A/D转换器的又一个重要信号，转换器的又一个重要信号，整个转换过程都是在时钟控制下完成的。整个转换过程都是在时钟控制下完成的。若若A/D转换器带有内部振荡器，一般不需要转换器带有内部振荡器，一般不需要任何附加电路，如任何附加电路

36、，如AD574A等。若芯片要求等。若芯片要求提供外部时钟，可根据芯片提供的参数要提供外部时钟，可根据芯片提供的参数要求，使用单独的振荡器。更多的场合是利求，使用单独的振荡器。更多的场合是利用用CPU的时钟经过分频后产生。的时钟经过分频后产生。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术6电源和地线的连接电源和地线的连接 A/D转换器的电源分为两类：一类是芯片工作所转换器的电源分为两类：一类是芯片工作所必须提供的电源，另一类是芯片所需的基准电源。必须提供的电源，另一类是芯片所需的基准电源。工作电源一般为工作电源一般为+5V，可由直流电源直接供电。，可由直流电源直接供电。但也有一些芯片，需要为内部的模拟

37、电路提供电，但也有一些芯片，需要为内部的模拟电路提供电，如如AD574A除了除了5V外，尚须外，尚须15V电源。基准源电源。基准源作为作为A/D的比较基准，直接影响到的比较基准，直接影响到A/D转换器的精转换器的精度，要求较高，一般要经过稳压以提高电源精度，度，要求较高，一般要经过稳压以提高电源精度，或采用专用的精密电源模块供电。或采用专用的精密电源模块供电。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 在任何一个控制系统中，接地处理都占着很重要在任何一个控制系统中，接地处理都占着很重要的位置。处理不好就是一个大的干扰源。在有的位置。处理不好就是一个大的干扰源。在有A/D转换器组成的采集系统中，有许

38、多接地点，转换器组成的采集系统中，有许多接地点，包括包括数字地数字地（逻辑电路的返回端），（逻辑电路的返回端），模拟公共地模拟公共地（模拟电路的返回端）、（模拟电路的返回端）、信号地信号地，有的还有信号，有的还有信号的屏蔽地等，不少的的屏蔽地等，不少的A/D、D/A转换器芯片都单独转换器芯片都单独提供模拟地和数字地的引脚，对这些地线的处理提供模拟地和数字地的引脚，对这些地线的处理原则采用原则采用“一点接地一点接地”，这样可以避免地环流。，这样可以避免地环流。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.5 A/D转换器的程序设计及应用举例转换器的程序设计及应

39、用举例 1. A/D转换器与微机的数据交换方式转换器与微机的数据交换方式 （1）程序查询方式。）程序查询方式。 （2）定时方式。）定时方式。 （3）中断方式。）中断方式。 A/D转换器的程序设计主要分为三步：转换器的程序设计主要分为三步： （1）启动）启动A/D转换；转换； （2）用上述数据交换方式（查询、定时或中断）等待）用上述数据交换方式（查询、定时或中断）等待A/D转换结束；转换结束； （3）读取转换结果。）读取转换结果。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2. A/D转换器应用设计实例转换器应用设计实例 利用利用51单片机和单片机和ADC0809设计一个设计一个8路数路数据采集系统据采

40、集系统 设计要求：设计要求： 1）采用中断方式读取转换结果。）采用中断方式读取转换结果。 2）转换结果存放在）转换结果存放在30H37H 8个单元中。个单元中。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术图图2-27 ADC0809与与AT89S51单片机的接口电路单片机的接口电路ADC0809的8个通道所对应的口地址是：FEF0FEF7H。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT ORG 0030HMAIN: MOV R0, #30H MOV R2, #08H SETB IT0 SETB EA SETB EX0 MOV D

41、PTR, #0FEF0H MOVX DPTR, AHERE: SJMP HEREINT:MOVX A, DPTR ;读数据读数据MOV R0, A ; INC R0 ;指向下一缓存指向下一缓存 INC DPTR ;指向下一通道指向下一通道 DJNZ R2, RTN ; 8 次未完就次未完就继续采集继续采集,已完就关中断、停采集已完就关中断、停采集 CLR EA CLR EX0 RETIRTN: MOVX DPTR,A RETI 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 中断方式读取数据中断方式读取数据 PAPA7 PA PA0 0 PB PB0 0 /STBA /STBA8255DBDB7 ADC

42、0809ADC0809DBDB0 0 STARTSTARTALE ALE EOCEOC80868086CPUCPUD D7 7D D0 0 74L S048259INTRAINTRIR3VX微型计算机控制技术微型计算机控制技术主程序主程序关中断关中断8259初始化初始化8255A，B口初始化口初始化开中断开中断启动启动A/D执行主程序执行主程序 中断服务程序中断服务程序入口入口保护现场保护现场读入数据读入数据恢复现场恢复现场返返 回回主程序和中断服务程序流程图主程序和中断服务程序流程图微型计算机控制技术微型计算机控制技术（2）AD574应用实例应用实例 利用利用AT89S51单片机、单片机、8

43、255A和和AD574设设计一个计一个8路路12位位AD转换板。模拟信号单极转换板。模拟信号单极性输入、数据按性输入、数据按12位形式输出。位形式输出。微型计算机控制技术微型计算机控制技术图2-28 利用AD574组成的8路12位AD转换板微型计算机控制技术微型计算机控制技术 该模板采集数据的过程如下：该模板采集数据的过程如下： 1）通道选择）通道选择 将模拟量输入通道号写入将模拟量输入通道号写入8255A的端口的端口C低低4位位（PC3-PC0），可以依次选通），可以依次选通8路通道。路通道。 2）采样保持控制）采样保持控制 把把AD574A的转换结束信号的转换结束信号STS通过反相器连通过

44、反相器连到到LF398的信号采样的信号采样/保持端，当保持端，当AD574A未转换未转换期间或转换结束时期间或转换结束时STS0，使，使 LF398处于采样处于采样状态，当状态，当AD574A转换期间转换期间STS1，使，使LF398处处于保持状态。于保持状态。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 3）启动）启动AD574A进行进行A/D转换转换 通过通过8255A的端口的端口PC6-PC4输出控制信号启动输出控制信号启动AD574A。 4）查询）查询AD574A是否转换结束是否转换结束 读读8255A的端口的端口A，查询是否已由高电平变为低，查询是否已由高电平变为低电平。电平。 5）读取转换

45、结果）读取转换结果 若已由高电平变为低电平，则读若已由高电平变为低电平，则读8255A端口端口A、B，便可得到便可得到12位转换结果。位转换结果。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.6.6 V/F转换器及应用转换器及应用 V/F转换器是又一种间接型转换器是又一种间接型A/D转换器。它把电压转换器。它把电压信号转换为频率信号，再通过一定的处理手段转信号转换为频率信号，再通过一定的处理手段转换为数字量。换为数字量。 特点：特点： （1）接口简单，占用微机的硬件资源较少，）接口简单，占用微机的硬件资源较少， （2）抗干扰性能好。）抗干扰性能好。 （3）易于远距离传送。）易于远距离传送。 微型计算

46、机控制技术微型计算机控制技术1V/F变换器的原理变换器的原理 V/F变换器实际上是一个电压控制的振荡器，变换器实际上是一个电压控制的振荡器，即即振荡频率随控制电压变化而变化的振荡振荡频率随控制电压变化而变化的振荡电路电路。 它多采用电荷平衡技术，电荷平衡式它多采用电荷平衡技术，电荷平衡式V/F转转换器电路结构如换器电路结构如2-31所示。所示。 微型计算机控制技术微型计算机控制技术图图2-31电荷平衡式电荷平衡式V/F转换器转换器微型计算机控制技术微型计算机控制技术 运放运放A1与与RC电路组成一个积分器。电路组成一个积分器。 A2为零电压比较器。为零电压比较器。 IR为恒流源，设计时应使为恒

47、流源，设计时应使IRUinmaxR。它与模拟开关它与模拟开关S组成积分器反充电回路。组成积分器反充电回路。 模拟开关模拟开关S受单稳态触发器控制，整个回路受单稳态触发器控制，整个回路可视为振荡频率受输入电压可视为振荡频率受输入电压Uin控制的多谐控制的多谐振荡器。振荡器。微型计算机控制技术微型计算机控制技术CIItCITinRin)(01inRRinRinURItItRUItITtf0001011根据电荷平衡原理可得：输出频率：式中Iin为输入电流，IR为恒流源，t0为反向时间，t0+T1=T。可以看出，当输入电压增大时，积分时间缩短，因而单稳态触发器的翻转时间t0也缩短。导致输出频率加快；反之，如果输入电压减小，输出频率也随之减小，输出频率与输入电压成正比。