模拟接口技术精选PPT.ppt

《模拟接口技术精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟接口技术精选PPT.ppt（92页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、模拟接口技术第1页，此课件共92页哦第第10章章 模拟接口技术模拟接口技术*10.1 D/A转换器接口 10.1.1 D/A转换器工作原理 10.1.2 D/A转换器性能指标 10.1.3 D/A转换芯片 10.1.4 D/A转换器的接口*10.2 A/D转换器 10.2.1 A/D转换器的工作原理 10.2.2 A/D转换器的 主要性能指标 10.2.3 A/D转换芯片 10.2.4 A/D转换器的接口 第2页，此课件共92页哦第第10章章 模拟接口技术模拟接口技术*10.3 多路模拟开关及采样保持电路 10.3.1 多路模拟开关 10.3.2 采样/保持电路*10.4 数据采集系统设计 1

2、0.4.1 数据采集系统构成 10.4.2 应用实例 10.4.3 数据采集接口设计注意问题 第3页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n10.1.1 D/A转换器工作原理 n一个4位T型电阻解码网络D/A转换器的组成原理如图10.1所示。nR和2R两种阻值的电阻构成T型网络，VREF为基准电压，S0、S1、S2、S3是模拟开关，它们分别受输入代码D3、D2、D1、D0的控制，Di=1，开关向左闭合；Di=0，开关向右闭合。电流各自流入4个节点。n图中S0开关接通而其余开关断开，即数字输入为D=0001B。由于任一节点的3个分支的等效电阻都是2R，由电路知识知，任一分支流进节点的电流

3、值都为I=VREF/(3R)。n此电流经A0、A1、A2、A3共4个节点被4次均分后得到I/16并注入运算放大器电路，进而将电流信号转换为电压信号。现假定反馈电阻Rfb=3R，则运算放大器的输出电压为第4页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nVout=-(I/16)3R =-(1/16)(VREF/3R)3R =-VREF/16n根据迭加原理，可以得出D为任意4位数时D/A转换器的输出电压为nVout=-VREF/16(23+22+21+20)=-(VREF/16)Dn可见，输出电压大小与D3、D2、D1、D0 成正比，而极性与VREF相反。第5页，此课件共92页哦10.1 D/A

4、转换器接口 图10.1 T型电阻解码网络D/A转换器第6页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n10.1.2 D/A转换器性能指标 1.分辨率n分辨率与D/A转换器能够转换的二进制数据的位数n有关，表示为输出满量程电压与2的比值，它反映了输出模拟电压的最小变化量。n例如，具有12位分辨率的DAC，如果转换后的满量程电压为5V，则它能分辨的最小电压为 U=5/212=5/4096=1.22m(V)第7页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 2.转换精度n转换精度是指D/A转换器在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，可用绝对精度或相对精度来表示。一般采用数字量的最

5、低有效位1/2LSB作为衡量单位。对于n=8位的DAC而言，若精度为1/2LSB，满量程电压为U=5V，则其最大绝对误差为n =1/2U/2n =1/25/28 =0.01Vn相对误差为以上最大偏差与满量程电压之比的百分数：nU=1/2(U/2n)/U =1/29 =0.20%第8页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 3.转换时间n指从数字量输入到完成转换，输出达到最终误差1/2LSB并稳定为止所需要的时间，也称为稳定时间。不同类型的D/A转换器转换速度差别较大，一般电流型D/A转换器较之电压型D/A转换器速度快一些。4.线性误差nD/A转换器在工作范围内的理想输出是与输入数字量成正

6、比的一条直线。由于误差的存在，实际输出的模拟量是一条近似直线的曲线。实际的模拟输出与理想直线的最大偏移就是线性误差。一般该误差应小于1/2LSB。nD/A转换器的其他性能指标还有输出电压范围、输出极性、数字输入特性、工作环境条件等。第9页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n10.1.3 D/A转换芯片 1.DAC0832 (1)DAC0832的特性。nDAC0832是利用CMOS/Si-Cr工艺制造的电流输出型8位D/A转换器，具有两个输入数据寄存器，它可以与各种CPU相连接。其主要特性如下：分辨率为8位。电流稳定时间1s。可单、双缓冲数据输入或直接数据输入。只需在满量程下进行线性

7、调整。单一电源供电(+5V +15V)。低功耗(20mW)。第10页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 (2)DAC0832的引脚与结构。nDAC0832的引脚如图10.2所示，各引脚功能如下：DI0DI7：数据输入。：片选信号，低电平有效。ILE：数据寄存器允许，高电平有效。：输入寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效时将输入数据装入输入寄存器。：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。：数据传送信号，低电平有效。第11页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 IOUT1：输出电流1，与数字量的大小成正比。IOUT2：输出电流2，

8、与数字量的反码成正比。Rfb：反馈电阻输入引脚，反馈电阻在芯片内部，可与运算放大器的输出直接相连。VREF：基准电源输入引脚。Vcc：电源输入引脚，电压范围为+5V+15V。AGND：模拟地。DGND：数字地。第12页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.2 DAC0832引脚 第13页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n DAC0832的结构框图如图10.3所示。DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器构成。由于有两个寄存器，可以进行两次缓冲操作。转换输出模拟电流信号。图10.3 DAC0832结构框图 第14页，此课件共92页哦10.1

9、 D/A转换器接口 (3)DAC0832的工作方式。nDAC0832在不同信号组合的控制之下可实现直通、单缓冲和双缓冲3种工作方式：n 直通方式：图10.3中，将ILE接高电平，、全部接低电平，则CPU送来的数据不进行缓冲，而是直接送到DAC转换器进行变换。n单缓冲方式：只将 、接低电平，ILE接高电平，、有效之后，DAC寄存器为直通，而输入寄存器为选通。也就是只进行一级缓冲。n 双缓冲方式：ILE接高电平，、控制输入寄存器，、控制DAC寄存器，则进行两级缓冲。第15页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 2.DAC1208系列D/A转换器nDAC1208系列D/A转换器主要包括DAC

10、1208、DAC1209和DAC1210，它们都是12位的D/A转换器，主要区别在于线性误差不同。(1)DAC1208系列DAC的主要特性：分辨率为12位。电流稳定时间1s。具有双缓冲数据锁存器。单一电源供电(+5V +15V)。参考电压VREF=-10V+10V。低功耗(20mW)。第16页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 (2)DAC1208系列DAC的引脚与结构。n其内部包括两个分别为8位和4位的输入锁存器、12位DAC寄存器和12位D/A转换器。n其中8位和4位输入寄存器构成第1级数据锁存器，12位DAC寄存器为第二级数据锁存器。第17页，此课件共92页哦10.1 D/A转

11、换器接口 图10.4 DAC1208内部结构和引脚图 第18页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 DAC1208系列D/A转换器引脚功能如下：n DI0DI10：数据输入。n ：片选信号，低电平有效。n BYTE1/：12位/4位输入选择，高电平时12位输入锁存，低电平时低4位输入锁存。n ：输入寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效时将输入数据装入输入寄存器。n ：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。n ：数据传送信号，低电平有效。第19页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nIOUT1：输出电流1，与数字量的大小成正比。

12、nIOUT2：输出电流2，与I OUT1配合使用。nRfb：反馈电阻输入引脚。nVREF：基准电源输入引脚，电压范围-10V+10V。nVcc：电源输入引脚，电压范围为+5V+15V。nAGND：模拟地。nDGND：数字地。第20页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 (3)DAC1208系列DAC的工作方式。nDAC1208系列D/A转换器具有单缓冲和双缓冲两种工作方式。n单缓冲方式：如图10.5(a)所示，BYTE1/接高电平，与 相连接，与 相连接，则输入锁存器和DAC寄存器同时被选通，数据可以直接送至DAC寄存器，形成一级缓冲后送到D/A转换器。n双缓冲方式：如图10.5(b)

13、所示进行线路连接，则输入锁存器和DAC寄存器被分别控制，输入数据经两级缓冲后送到D/A转换器。第21页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.5 DAC1208两种工作方式 第22页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n10.1.4 D/A转换器的接口n在D/A转换器接口设计中，首先要解决数据缓冲问题，这是因为CPU输出的数据在数据总线上停留的时间只有几个时钟周期，非常短暂。n如果DAC内部含有输入锁存器，则可以与CPU直接相连，否则，在CPU与DAC之间需外加锁存器来保存CPU送来的数据。n另外需要注意的是CPU的数据总线宽度小于DAC的数据输入线宽度时的协调问题，可

14、以分两次传送。下面分别介绍8位和12位DAC与计算机的接口。第23页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 1.DAC0832与计算机的接口nDAC0832是电流输出型D/A转换器，需要用运算放大器将输出电流转换为输出电压。电压的输出可分单极性输出和双极性输出两种。n(1)单极性输出：如图10.6所示，DAC0832工作在单缓冲方式，输出为正电压，电压范围为0V5V。如图10.6中的VREF=-5V，设输入数据为DATA=128，则输出电压为nVOUT=-DATA(VREF/28)=-128(-5/256)=2.5(V)第24页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.6 D

15、AC0832单极性输出接口图 第25页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n设DAC0832的端口地址为PORT，则输出2.5V模拟电压的指令为：MOV DX,PROTMOV AL,80HOUT DX,AL (2)双极性输出：双极性输出接口如图10.7所示，输出电压范围为-5V +5V。n图10.7中，VREF=5V，VOUT1=-DATA(VREF/28)为单极性输出，其中DATA为输入数字量，则输出电压为 VOUT=-VOUT1(2R/R)+(-VREF)(2R/2R)=VREF(DATA-128)/128 =(DATA-128)5/128n可见，当DATA=00H时，VOUT=

16、-5V。n当DATA=80H时，VOUT=0V。n当DATA=0FFH时，VOUT=+5V。第26页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.7 双极性输出接口 第27页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n2.DAC1208系列D/A转换器与计算机的接口 如图10.8所示，DAC1208与16位数据总线相连接，工作在单缓冲方式。只要向DAC1208输出数字数据，就可以得到相应的模拟电压。设DAC1208的端口地址为PORT，则产生100个方波的指令如下：MOVDX,PORTMOVCX,64HLP：MOVAX,0000HOUTDX,AXCALL DELAY;延时MOVAX

17、,0FFFFHOUTDX,AXCALL DELAYLOOP LP第28页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 n3.D/A转换器应用举例n采用DAC0832作音乐发声器的电路如图10.9所示，运算放大器LF351的输出接至有源音箱，当按动键盘上的数字键17时音箱能发出音阶17。要求根据接口电路编程(设端口地址为228H)。第29页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.8 DAC1208双极性输出接口 第30页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 图10.9 采用DAC0832作音乐发声器的电路 第31页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 程序设计如下：

18、DATASEGMENT MIU_F DW 570,510,460,440,390,345,300 ;1、2、3、4、5、6、7 DATAENDS ;7个音阶的延时时间CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATSTART：MOVAX,DATA MOV DS,AX LL：MOVDI,OFFSET MIU_F MOVAH,00H INT16H;读入按键 CMPAL,1;是1吗？JNZSSS 第32页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nAA：ADDDI,0n JMPMUSI nSSS：CMPAL,2;是2吗？n.n CMPAL,7;是7吗？n JNZCONTInM

19、M：ADDDI,12 nMUSI：CALLMUSICnCONTI：CMPAL,1BH;按ESC键退出n JZEXITn JMPLL第33页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nEXIT：MOVAH,4CHn INT21Hn MUSIC PROCNEAR n MOVSI,0FHnPPP：INCSI n MOVCX,DI;取高电平延时时间n MOVDX,228H第34页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nLLL：MOVAL,20Hn OUTDX,ALn INCDXn OUTDX,ALn DECDXn LOOPLLLn MOVCX,DI ;取低电平延时时间n MOVDX,228

20、H第35页，此课件共92页哦10.1 D/A转换器接口 nLLL1：MOVAL,00Hn OUTDX,ALn INCDXn OUTDX,ALn DECDXn LOOP LLL1 n CMPSI,5FHn JNZPPPn RETn MUSIC ENDP n CODE ENDSnEND START第36页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n10.2.1 A/D转换器的工作原理n A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，它是模拟量与计算机之间的接口部件。A/D转换的常用方法有逐次逼近法、并行比较法、双积分法和V-F(电压-频率)变换法等。其中，逐次逼近型精度和速度均较高，价格适中；并行比较

21、型速度最高，但价格也较高，位数较低；双积分型精度高，抗干扰能力强，价格低，但速度较慢；V-F变换型精度高，价格低，但速度慢。下面对应用较多的前3种进行介绍。第37页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 1.逐次逼近法n逐次逼近型A/D转换器由N位逐次逼近寄存器、N位D/A转换器、比较器、N位输出缓冲器及逻辑控制电路构成。n工作原理为：把输入的模拟电压UIN作为目标值，用对分搜索的方法来逼近该值。n当启动信号START有效后，时钟信号CLK通过控制逻辑电路使N位寄存器的最高位置1，其余各位为0，此二进制代码经D/A转换器转换为电压U0，该值为满量程的一半。n将U0与输入电压UIN作比较，如U

22、IN U0，则保留这一位；否则该位清0。然后，CLK再对次高位置1，并连同上一次转换结果进行D/A转换和比较，保留结果，重复以上过程直到比较完毕，发出转换结束信号EOC，并将N位寄存器中的转换结果送至输出缓冲器。第38页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.10 逐次逼近型A/D转换器的结构 第39页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 2.并行比较法n一个8位并行比较法A/D转换器由电阻分压器、电压比较器、段鉴别门和编码器组成。电阻分压器由28+1个电阻组成，将VREF分为28个量化电压，量化误差为1/2LSB。n分压器输出的量化电压作为基准电压送至比较器，与输入电压UIN作

23、比较，如UIN小于对应段的基准电平，则比较器输出0，反之输出1。比较器输出结果送至段鉴别门。段鉴别门是2558(255输入，8输出)的编码电路，其输出即是A/D转换的结果。第40页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.10 并行比较法A/D转换器原理框图 第41页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 3.双积分法n双积分型A/D转换器由积分器A1、检零比较器A2、计数器A3、逻辑控制器A4等组成。n双积分型A/D转换的方法与上面两种不同，上面两种是直接将模拟电压转换为数字电压，双积分型A/D转换器是先将模拟电压转换为与其平均值成正比的时间间隔，由时间间隔计数得到的计数值就是转换

24、结果。n整个转换过程分采样和比较计数两次积分完成，故称双积分法。第42页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n第一阶段为采样阶段，当启动脉冲START有效后，首先S1接通UIN，S0打开，积分器从VOUT=0 的原始状态对进行固定时间T1的积分，T1结束时，S1打开，积分值为:n其中为输入电压在T1时间内的平均值。第43页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n第二阶段为比较计数阶段，控制逻辑使S1接通，计数器从零开始计数。在时刻计数结束，积分器输出为0。即n令VOUT2=0n则n即第44页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.12 双积分型A/D转换器原理框图 第45页

25、，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n10.2.2 A/D转换器的主要性能指标 1.分辨率和量化误差n 分辨率是指A/D转换器可转换成的二进制位数，是衡量其分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。常见的A/D转换器分辨率有8位、10位、12位及16位等。n例如AD574的分辨率为12位，可分辨1LSB。如用占满量程的百分比来表示，则分辨率为(1/212)100%=0.024%设其输入电压为10V，则它能分辨出的模拟电压最小变化量为100.024%=2.4mVn量化误差是指由于A/D转换器有限字长数字量对模拟量进行离散取值而引起的误差，其大小理论上为一个单位分辨率，即1/2LSB，所以量化误

26、差和分辨率是统一的。第46页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 2.转换精度n转换精度是A/D转换器实际输出值和理想输出值的误差，可用绝对误差或相对误差来表示。转换精度实际上是各种误差的综合。n由于理想的A/D转换器也存在量化误差，所以，实际A/D转换器的精度不包含量化误差。3.转换时间n转换时间是指模拟信号输入启动转换到转换结束，输出达到最终值并稳定所经历的时间。n转换时间的倒数称为转换速率。不同ADC的转换时间差别很大，有的为100s，有的不足1s。第47页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 4.线性误差nA/D转换器的输出值在理论上与输入模拟量成正比，因而是一条直线。由于误差

27、的存在，实际输出为一条近似直线的曲线。该曲线与理论直线的最大误差就是线性误差。nA/D转换器的其他性能指标还有输入电压范围、供电电源、工作环境等。实际应用时，要综合考虑，选择性能合适且性能价格比高的ADC。第48页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n 10.2.3 A/D转换芯片 1.ADC0809 (1)主要性能指标。分辨率：8位。转换方法：逐次逼近法。转换时间：100s。输入模拟电压范围：8路模拟电压均为0V+5V。电源电压：+5V。第49页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.13 ADC0809引脚图 第50页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器(2)ADC08

28、09的引脚与结构。ADC0809是28脚双列直插式封装，各引脚的功能如下：nD7 D0：8位数字量输出引脚。nIN0IN7：8路模拟量输入引脚。nVcc：+5V工作电压。nGND：地线。nSTART：A/D转换启动信号。nALE：地址锁存允许信号。nEOC：转换结束信号。nOE：输出允许控制。nREF(+)：参考电压正极。nREF(-)：参考电压负极。nCLK：时钟信号。第51页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n ADC0809的内部由8路模拟开关及其地址译码锁存电路、比较器、256R电阻分压器、树状开关、逐次逼近型寄存器SAR、3态输出缓冲锁存器及控制逻辑等构成。n其中8路模拟开关

29、带有锁存功能，可对8路0V+5V的输入模拟电压进行分时切换。通过适当的外接电路，ADC0809可以对-5V+5V的双极性模拟电压进行A/D转换。nA、B、C：地址选择线，用于选通8个通道中的一个。第52页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.14 ADC0809的内部结构 第53页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 2.AD574 (1)主要性能指标。分辨率：12位。转换方法：逐次逼近法。转换时间：25s。输入模拟电压范围：单极性输入方式为0V+10V或0+20V，双极性输入方式为-5V+5V或-10V+10V。线性误差：1/2LSB。电源电压：+5V或12V15V。第54页

30、，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 (2)引脚与结构。nAD574也是28引脚双列直插式封装。n AD574的各引脚功能如下：n ：片选信号，低电平有效。n CE：芯片允许信号。nR/：读/启动转换信号，高电平时读A/D转换结果，低电平时启动A/D转换。nA0：转换数据长度选择，高电平时选择8位转换模式，低电平时选择12位转换模式。n12/：数据输出方式选择，高电平时输出字长为12位，低电平时输出字长为8位 第55页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.15 AD574的内部结构与引脚 第56页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n10VIN：模拟信号输入，单极性工作时

31、输入电压范围为0V10V，双极性工作时范围为 -5V+5V。n20VIN：模拟信号输入，单极性工作时输入电压范围为0V20V，双极性工作时范围为-10V+10V。nDB10DB0：12位数据线。nSTS：工作状态信号，高电平表示正在转换，低电平表示转换结束。nREFIN：基准输入线，常在REFIN与REFOUT间接100可调电阻进行增益微调。nREFOUT：基准输出线。nBIPOFF：双极性偏移，施加偏移电压用于偏移值的调整。第57页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 CER/12/A操操 作作 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+5V允许允许12位

32、并行输出位并行输出 101接地接地0允许高允许高8位数据输出位数据输出 101接地接地1允许低允许低4位数据输出位数据输出表10.1 AD574启动转换与读取数据的操作真值表 第58页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 nAD574有单极性输入和双极性输入两种工作方式。n单极性输入，BIPOFF接近于低电位，可将单极性模拟电压输入进行转换，两个可变电阻分别用于漂移和误差的调节；n双极性输入，两个可变电阻分别用于偏移和刻度的调整。第59页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图 10.16 单极性输入连接 图10.17 双极性输入连接 第60页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器

33、n10.2.4 A/D转换器的接口实例nA/D转换器与CPU的接口主要完成以下操作：首先发送转换启动信号，A/D转换器开始工作，CPU通过查询或中断等方式获取转换结束信号，读取转换结果并进行处理。n对于多通道则进行多通道寻址操作，对于高速A/D转换，一般还要对采样/保持器进行控制。第61页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 n分类：(1)内部带有数据输出锁存器的A/D转换器可与CPU直接相连。(2)内部不带数据输出锁存器的A/D转换器需通过三态门锁存器与CPU相连。当A/D转换器的分辨率高于CPU数据总线宽度时，数据分两次传送，也需要此种连接方式。(3)A/D转换器也可以通过I/O接口芯

34、片与CPU相连。A/D转换器与CPU之间的数据传送可以采取以下3种方式：查询方式、中断方式和DMA方式，其特点各有不同，用户在进行接口设计时可根据实际情况进行适当选择。下面以ADC0809和AD574为例，讨论ADC与CPU的接口问题。第62页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 1.ADC0809与CPU的接口nADC0809常用于在精度和速度不是很高的场合，尤其是多路模数转换时更能体现其优势。nADC0809与CPU的接口可采用查询方式或中断方式读取数据，也可以采用延时(约100 s)的方式读取数据。n查询或延时的方法较为简单，容易实现，但效率低，中断的方法则提高了效率。第63页，此课

35、件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.18 采用中断方式实现数据读取 第64页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 2.AD574与CPU的接口nAD574的分辨率是12位，它可以与16位数据总线的低12位直接连接，也可以与8位数据总线连接。(1)AD574与8位数据总线的连接。nAD574的12条输出线的高8位直接连接到数据总线的D7 D0，低4位接至数据总线的D7D4。12/接地，数据分两次传送。引脚A0接至地址总线的A1。n设AD574的状态端口地址为200H，数据高8位端口地址为201H，低4位端口地址为202H，则采用查询方式读取12位数据的程序片段如下：第65页，此课件共

36、92页哦10.2 A/D转换器 图10.19 AD574与8位数据总线的连接 第66页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 MOVDX,201H ;A=0，启动12位转换 MOV AL,00H ;AL写入任意数据 OUTDX,AL ;启动转换(=0，R/=0，CE=1)MOV DX,200H ;状态端口地址LOOP1：INAL,DX ;读状态位STS ANDAL,80H ;屏蔽掉低7位 JNZLOOP1 ;STS不为0，继续查询 MOVDX,201H ;STS=0，读数据高8位 INAL,DX MOV AH,AL ;放入AH MOV DX,202H ;读数据低4位 INAL,DX ANDA

37、L,0F0H ;屏蔽掉低4位 MOVDAT,AX ;将12位数据放入内存DAT字单元第67页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 (2)AD574与16位数据总线的连接。nAD574的12条数据线直接接至数据总线的低12位。A0接地，STS接至数据线D7位，12/接高电平，输出数据位12位。n设状态口地址为200H，数据口地址为201H，则采用查询方式读取数据程序段如下：第68页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 图10.20 AD574与16位数据总线的连接 第69页，此课件共92页哦10.2 A/D转换器 MOVDX,201H;A=0，启动12位转换 MOV AL,00H;写入任

38、意数据 OUT DX,AL;启动转换(=0、R/=0、CE=1)MOVDX,200H;状态端口地址LOOP1：INAL,DX;读状态位STS ANDAL,80H;屏蔽掉低7位 JNZLOOP1;STS不为0，继续查询 MOVDX,201H;STS=0，读数据 IN AX，DX MOVDAT,AX;12位数据放入内存 DAT字单元第70页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路 n 10.3.1 多路模拟开关n当有多路模拟信号输入时，需要多路模拟开关，按一定顺序轮流切换各路通道，以达到分时检测的目的。n多路模拟开关不应影响系统的精度和速度，因此应具备以下特点：导通静态电阻不宜太大；

39、开路静态电阻无穷大；切换速度越快越好。n目前大多数模拟开关的主要参数有：n接通电阻：约100 400。n开关接通电流：约20mA。n开关断开漏电流：约0.2nA 2nA。n通道切换时间：约100ns。n多路模拟开关有的做成专门的芯片，有的则与A/D转换器做在同一个芯片内(如ADC0809)。下面介绍几个常见的多路模拟转换开关。第71页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路 1.AD7501nAD7501是8通道单向模拟开关，具备多路输入、一路输出的功能。nEN为高电平有效，A2、A1、A0为通道选择信号，负责选通输入信号S7 S0中的某一路，由OUT输出。其真值表如表10.2所

40、示。第72页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路ENA A1 AON有效有效0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1S1S2S3S4S5S6S7S8无效无效 无无表10.2 AD7501真值表 第73页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路 2.CD4051nCD4051是8通道双向模拟开关，既可多线输入、一线输出，又可一线输入、多线输出。INH为片选信号，低电平有效。C、B、A为通道选择信号，当CBA为000B101B时，产生8选1信号，选中多路输入信号S7 S0中的某一路，由公共端COM输出。也可以由COM端输入，输

41、出到A、B、C选中的某一路输出。因此是双向通道。CD4051的真值表同AD7501相似。n利用模拟开关集成芯片可以实现通道数的扩展。例如，两片CD4051组成的16路模拟开关电路如图10.23所示连接。当数据线D3D0在00001010B之间变化时，可选中16个通道中的任一路。n常见的多路模拟开关还有AD7502、AD7506、CD4502、CD4503等，其特点各有不同，用户可根据实际情况进行合理选择。第74页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路 图10.21 AD7501引脚图 图10.22 CD4051引脚图 第75页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电

42、路图10.23 两片CD4051组成的16路模拟开关电路 第76页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路n 10.3.2 采样/保持电路n采样/保持电路包括采样和保持两种状态。采样时能够跟踪输入的模拟电压，转换为保持状态时，电路输出保持采样结束瞬间的模拟信号电平，直到转为下次采样状态为止。n基本的采样/保持电路如图10.24所示，由模拟开关S、运算放大器A1、A2和保持电容C组成。其中，运算放大器A1和A2接成跟随器。电路的工作状态由方式控制输入决定。在采样状态下，开关S闭合，跟随器A1很快地给保持电容C充电，输出则随输入变化而变化。当处于保持状态时，开关S断开，跟随器A2具备

43、较高的输入阻抗，因而具备隔离作用，电容C将保持S断开时的充电电压不变，直到进入下一次采样状态。第77页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路图10.24 采样/保持电路原理图 第78页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路n采样/保持电路主要有以下参数：n(1)孔径时间(TAP)：孔径时间是指从发出保持命令到开关完全打开所需要的时间。这样的延迟会引起转换误差，称为孔径误差。孔径误差与输入模拟信号的频率成正比，频率越高，孔径误差越大，反之，孔径误差越小。孔径时间一般约为10ns20ns。n(2)捕捉时间(TAC)：捕捉时间是指从开始采样到采样/保持电路的输出达到当

44、前输入模拟信号的值所需要的时间。该时间与保持电容大小、运算放大器频响时间及输入信号的变化幅度有关。第79页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路n (3)保持电压压降：是指在保持状态下，由于运算放大器的输入电流和电容自身的漏电等而引起的保持电压的下降。n采样/保持电路的参数还有馈通及电压增益精度等。采样/保持电路常做成专用的芯片，称为采样/保持器，如AD582、LF198等。AD582的结构如图10.25所示，由输入缓冲放大器、模拟开关和结型场效应管集成的放大器组成，只需外接合适的保持电容，就可以完成采样/保持功能。第80页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路

45、图10.25 AD582的结构示意图 第81页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路n采样/保持器接于模拟信号输入和A/D转换器之间，其工作状态可以由控制信息来控制，可以编程实现；也可以由A/D转换器的状态信息来控制，如AD574的STS信号。n如图10.26所示就是AD574与AD582的连接电路图，图中外接保持电容CH为510PF，工作状态则由AD574的STS进行控制。第82页，此课件共92页哦10.3 多路模拟开关及采样保持电路图10.26 AD574与AD582的连接电路图第83页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 n10.4.1 数据采集系统构成n一个完整

46、的数据采集系统由传感器、信号处理电路(放大、滤波)、多路模拟开关(AMUX)、采样保持电路(S/H)、A/D转换器(ADC)、I/O接口和计算机共同组成。n除去传感器和信号处理电路外，其余部分也称为A/D通道或模拟通道。第84页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 图10.27 数据采集系统构成 第85页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 n10.4.2 应用实例n如图10.28所示为一个较为简单的数据采集系统应用实例。该系统只有一路模拟信号输入，范围为0V20V，不使用采样保持电路。n选用数字比较器74LS688作为地址译码芯片，地址总线的A2A9作为其输入信号。n开关K1

47、K8则作为比较信号。只有输入信号和比较信号相同时，才输出有效的低电平译码信号。n图中只需把K4和K8断开，即可设定I/O端口地址为220H223H。地址总线的A0、A1用以确定8255的A端口、B端口和C端口控制器地址，从而实现对AD574的控制。第86页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 图10.28 数据采集系统应用实例第87页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 n10.4.3 数据采集接口设计注意问题 1.采样保持器的使用n对于直流或低频信号，可以不用采样保持器，但要求A/D转换期间模拟信号的变化应小于1LSB。假设A/D转换时间为t，分辨率为n，模拟信号最高频率为f

48、，则A/D转换器的最大相对孔径误差为：n =100%n即n1/2n=2 ftnf=1/(2 t2n)=1/(t2n+1)第88页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 n如ADC0809，其转换时间为100s，分辨率为8位，则其不加采样保持器时的模拟信号最高输入频率为：nf=1/(t )n =1/(3.140.000128+1)=6.22Hzn同样可求得AD574不加采样保持器的最高输入频率为1.55Hz。否则，必须使用采样保持器。第89页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 2.多路模拟开关的使用n在进行多路模拟信号数据采集时，如果现有带多路模拟开关的A/D转换器(如ADC08

49、09)性能指标达不到要求，则需要配备多路模拟开关AMUX，按一定顺序进行数据采集。AMUX要求开关导通电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快。必要时，可采用数片AMUX的组合进行扩充，以达到更多路输入的目的。第90页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 3.噪声的解决 抑制干扰噪声的主要方法有：(1)电路结构处理。n由传感器输入到系统内的模拟信号往往很微弱，基本淹没于市电的交流噪声中，可以通过差分放大器从噪声中提取模拟信号，从而达到清除噪声的目的。(2)布线。n制作印制电路版时，模拟电路部分和数字电路部分应分开，避免混合交叉走线，尽量走直线。同时，模拟电路的连接线应尽可能短，并尽量使信号流向一致。n地线的布线也非常重要。弱电平信号电路原则上采用一点接地，同时避免和高电平电路在同一点接地。尤其要注意的是模拟电路部分的模拟地和数字电路部分的数字地仅在一点相接，避免多点接触。第91页，此课件共92页哦10.4 数据采集系统设计 (3)隔离与屏蔽。n在布线方面较难处理时，可以采用隔离与屏蔽的方法去除噪声。n隔离主要是用变压器或光电藕荷器等把模拟电路与数字电路或模拟电路的低电平部分与高电平部分在电气上进行隔离，降低多种噪声。n如果对隔离的各部分再进行屏蔽，则抗噪声的效果会更好。第92页，此课件共92页哦