勘察儀器與原理 第三章 第六節(jié)ok

1、勘勘 查查 儀儀 器器 原原 理理教師：教師： 王旭王旭Email：第三章第三章測量系統(tǒng)基本部件測量系統(tǒng)基本部件 第六節(jié)第六節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用問題轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用問題 上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了ADC的工作原理的工作原理, ,介紹了兩種介紹了兩種ADC電路電路, ,這一節(jié)學(xué)習(xí)這一節(jié)學(xué)習(xí)ADC應(yīng)用問題應(yīng)用問題, ,主要有兩個內(nèi)容主要有兩個內(nèi)容: : ADC接口問題接口問題ADC選擇原則選擇原則3.6.1ADC選擇原則選擇原則一、集成一、集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 目前使用的一般都是集成目前使用的一般都是集成A/D轉(zhuǎn)換器，其種類很多，轉(zhuǎn)換器，其種類很多，如如AD571、AD574、AD7135、5

2、G14433，ADC0809、ADS1210/1211等。下面以等。下面以ADC0809、 ADS1210/1211為為例，簡單介紹其結(jié)構(gòu)。例，簡單介紹其結(jié)構(gòu)。 ADC0809是是CMOS單片單片8通道通道A/D轉(zhuǎn)換器，采用雙轉(zhuǎn)換器，采用雙列直插式列直插式28引腳封裝。它主要由逐次逼近式引腳封裝。它主要由逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、8位模擬開關(guān)、三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器、以及地址鎖存與位模擬開關(guān)、三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器、以及地址鎖存與譯碼等組成。譯碼等組成。ADC 0809的主要特征是：的主要特征是： 可直接與微機系統(tǒng)相連，不需要另加接可直接與微機系統(tǒng)相連，不需要另加接口邏輯，也可以單獨使用；具有鎖

3、存控制的口邏輯，也可以單獨使用；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)，可以輸入路模擬開關(guān)，可以輸入8個模擬信號；分辨?zhèn)€模擬信號；分辨率為率為8位；輸入輸出引腳與位；輸入輸出引腳與TTL電路兼容；電路兼容；轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間100S。當(dāng)輸入模擬電壓范圍在。當(dāng)輸入模擬電壓范圍在05V時，可使用時，可使用+5V電源。電源。EOCOE139GNDVCCUREF(-)UREF(+)CLK1526IN0IN1IN28位位模擬模擬開關(guān)開關(guān)8位位A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路電路三端三端數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鎖存鎖存器器地址地址鎖存鎖存與譯與譯碼碼IN3IN4IN5IN6IN72728123451714818192021D0D1D2D3D4D5D

4、6D722ALECBA2324251116121067STARTADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳功能圖框圖及引腳功能圖 ADC0809引腳圖引腳圖 ADC0809ADC0809的引腳功能的引腳功能: IN0IN7：為：為8路模擬電壓輸入端。它可對路模擬電壓輸入端。它可對8路模路模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但某一時刻只能選擇一路進(jìn)行擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。但某一時刻只能選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換?！斑x擇選擇”由地址鎖存器和譯碼器控制。由地址鎖存器和譯碼器控制。 D0D7：8位數(shù)字量輸出端。位數(shù)字量輸出端。 A、B、C：模擬輸入通道的地址選擇線。：模擬輸入通道的地址選擇線。 ALE：地址鎖存允許信號，高電平有效。

5、：地址鎖存允許信號，高電平有效。 START：為啟動轉(zhuǎn)換輸入端。其上升沿使內(nèi)部寄：為啟動轉(zhuǎn)換輸入端。其上升沿使內(nèi)部寄存器清零。存器清零。START和和ALE兩端可連在一起，當(dāng)通兩端可連在一起，當(dāng)通過程序送入一個正脈沖，便立即開始過程序送入一個正脈沖，便立即開始A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出端。：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出端。 OE：輸出允許端。當(dāng)這個引腳輸入高電平時，打：輸出允許端。當(dāng)這個引腳輸入高電平時，打開開“三態(tài)輸出鎖存器三態(tài)輸出鎖存器”，將轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)D0D7數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線送至系統(tǒng)數(shù)據(jù)線或線送至系統(tǒng)數(shù)據(jù)線或I/O接口數(shù)據(jù)線。接口數(shù)據(jù)線。 UREF(+)、UREF(-)：分別為參考電

6、壓的正端和：分別為參考電壓的正端和負(fù)端。無特別要求時，一般負(fù)端。無特別要求時，一般UREF(+)可與芯片電源可與芯片電源VCC共用一種電源，即與共用一種電源，即與VCC 相連，而相連，而UREF(-)與與芯片接地端相連。芯片接地端相連。 CLK ：A/D轉(zhuǎn)換時鐘脈沖輸入端，時鐘脈沖由外轉(zhuǎn)換時鐘脈沖輸入端，時鐘脈沖由外部電路提供，典型時鐘頻率為部電路提供，典型時鐘頻率為640Hz。 VCC、GND：分別為芯片電源和接地端。：分別為芯片電源和接地端。高精度高精度-型型ADC-ADS1210/1211： 此此ADC是高精度、寬動態(tài)的是高精度、寬動態(tài)的-ADC。它的輸入。它的輸入端可以直接與傳感器或微

7、小的電壓信號相連。采用低端可以直接與傳感器或微小的電壓信號相連。采用低噪聲輸入放大器，可以在轉(zhuǎn)換速度為噪聲輸入放大器，可以在轉(zhuǎn)換速度為10Hz時獲得時獲得24位的有效分辨率；借助于其內(nèi)部獨特的調(diào)制器加速操位的有效分辨率；借助于其內(nèi)部獨特的調(diào)制器加速操作模式，在轉(zhuǎn)換速度為作模式，在轉(zhuǎn)換速度為1kHz時仍可達(dá)到時仍可達(dá)到20位的有效位的有效分辨率。該轉(zhuǎn)換器動態(tài)特性的大大提高主要依賴于其分辨率。該轉(zhuǎn)換器動態(tài)特性的大大提高主要依賴于其前級的低噪聲程控放大器，其前級的低噪聲程控放大器，其放大倍數(shù)可從放大倍數(shù)可從1到到16進(jìn)進(jìn)行設(shè)定，以行設(shè)定，以2倍步長增加。倍步長增加。 該該A/D轉(zhuǎn)換器都有一個靈活的同

8、步串行（轉(zhuǎn)換器都有一個靈活的同步串行（同步同步串行通信的特點可以概括為：串行通信的特點可以概括為：以數(shù)據(jù)塊為單位傳送以數(shù)據(jù)塊為單位傳送信息。信息。在一個數(shù)據(jù)塊（信息幀）內(nèi)，字符與字符間在一個數(shù)據(jù)塊（信息幀）內(nèi)，字符與字符間無間隔。無間隔。接收時鐘與發(fā)送進(jìn)鐘嚴(yán)格同步。接收時鐘與發(fā)送進(jìn)鐘嚴(yán)格同步。）接口，）接口，它與它與SPI（串行外圍設(shè)備接口）（串行外圍設(shè)備接口）兼容并且可以提供雙兼容并且可以提供雙線控制模式。該線控制模式。該A/D轉(zhuǎn)換器為單一轉(zhuǎn)換器為單一+5V供電，有內(nèi)供電，有內(nèi)外參考電壓和內(nèi)部自校準(zhǔn)系統(tǒng)。外參考電壓和內(nèi)部自校準(zhǔn)系統(tǒng)。ADS1210/1211主要主要用于工業(yè)過程控制、儀器儀表、

9、色譜分析、靈巧傳感用于工業(yè)過程控制、儀器儀表、色譜分析、靈巧傳感器、便攜式儀表、稱重儀器、壓力傳感器、高分辨率器、便攜式儀表、稱重儀器、壓力傳感器、高分辨率測量場合。測量場合。 ADS1210是是單通道單通道的的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器, ,ADS1211多了一個多了一個通道通道多路開關(guān)多路開關(guān)。ADS1210的封裝形式有的封裝形式有1818腳雙列直插式和腳雙列直插式和1818線貼片線貼片式。式。ADS1210/1211由由程控增益放大器（程控增益放大器（PGA) )、二階二階調(diào)調(diào)制器制器、程控數(shù)字濾波器和微處理器組成。程控數(shù)字濾波器和微處理器組成。微處理器中有指令寄微處理器中有指令寄存器、命令寄存

10、器、校準(zhǔn)寄存器、串行接口、時鐘產(chǎn)生電路和存器、命令寄存器、校準(zhǔn)寄存器、串行接口、時鐘產(chǎn)生電路和2.5V的內(nèi)部參考電壓電路。的內(nèi)部參考電壓電路。ADS1210/1211的的結(jié)構(gòu)如下圖所示。結(jié)構(gòu)如下圖所示。時鐘產(chǎn)生器時鐘產(chǎn)生器2.5V參考電壓參考電壓3.3V偏置電壓偏置電壓二階二階調(diào)制器調(diào)制器三階數(shù)字三階數(shù)字濾波器濾波器微處理器微處理器調(diào)調(diào) 制制 器器 控控 制制PGAMUXAVINPAVINNADS1211 ONLY ADS1210/1211串行口串行口 為了提高系統(tǒng)的動態(tài)特性為了提高系統(tǒng)的動態(tài)特性, ,ADS1210/1211采用了采用了一種獨特的電容切換結(jié)構(gòu)來提高輸入電容的采樣速度一種獨特的

11、電容切換結(jié)構(gòu)來提高輸入電容的采樣速度, ,從而可以使系統(tǒng)工作在加速模式（從而可以使系統(tǒng)工作在加速模式（Turbo Mode) )下。下。通常情況下通常情況下, ,在系統(tǒng)時鐘為在系統(tǒng)時鐘為1010MHz時對應(yīng)的采樣速度為時對應(yīng)的采樣速度為19.519.5kHz, ,利用它可將調(diào)制器的采樣速度以利用它可將調(diào)制器的采樣速度以2 2、4 4、8 8、1616倍的速度增加倍的速度增加, ,將采樣速度提高到將采樣速度提高到3939kHz、7878kHz、156156kHz或或312312kHz。隨著采樣速度（頻率）的增加。隨著采樣速度（頻率）的增加, ,在在轉(zhuǎn)換速度不變的情況下轉(zhuǎn)換速度不變的情況下, ,A

12、/D轉(zhuǎn)換器的有效分辨率會相轉(zhuǎn)換器的有效分辨率會相應(yīng)地增加。采樣速度的每一次提升應(yīng)地增加。采樣速度的每一次提升, ,在轉(zhuǎn)換速度不變的在轉(zhuǎn)換速度不變的情況下都會使系統(tǒng)的動態(tài)性能大大提高。情況下都會使系統(tǒng)的動態(tài)性能大大提高。 ADS1210/1211的程控增益放大器（的程控增益放大器（PGA）的增益設(shè)置為的增益設(shè)置為1、2、4、8或或16。從本質(zhì)上講，它。從本質(zhì)上講，它增增加了系統(tǒng)的動態(tài)范圍加了系統(tǒng)的動態(tài)范圍，簡化了與傳感器的接口。程，簡化了與傳感器的接口。程控增益是通過輸入電容改變采樣次數(shù)來實現(xiàn)的。例控增益是通過輸入電容改變采樣次數(shù)來實現(xiàn)的。例如，采樣頻率為如，采樣頻率為19.5kHz時時PGA的

13、增益為的增益為1；采樣頻；采樣頻率為率為312kHz時時PGA的增益為的增益為16。由于加速模式和。由于加速模式和PGA的增益都是通過改變采樣次數(shù)來實現(xiàn)的，所以的增益都是通過改變采樣次數(shù)來實現(xiàn)的，所以PGA的增益和加速因子（的增益和加速因子（TMR）的乘積應(yīng)）的乘積應(yīng)16。 ADS1210/1211輸出數(shù)據(jù)的速度可以從幾輸出數(shù)據(jù)的速度可以從幾Hz到高到高達(dá)達(dá)15625kHz, ,速度愈高速度愈高, ,分辨率愈低分辨率愈低。改變。改變ADS1210/1211的轉(zhuǎn)換速度不會改變輸入電容的采樣的轉(zhuǎn)換速度不會改變輸入電容的采樣速度速度, ,但會影響用于計算每次輸出結(jié)果的采樣數(shù)據(jù)的但會影響用于計算每次輸

14、出結(jié)果的采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)。個數(shù)。 ADS1210/1211內(nèi)部還有一個完整的自校正系統(tǒng)內(nèi)部還有一個完整的自校正系統(tǒng), ,用于校正內(nèi)部偏差、增益誤差及一些外部誤差。內(nèi)部用于校正內(nèi)部偏差、增益誤差及一些外部誤差。內(nèi)部校準(zhǔn)操作可在需要時進(jìn)行校準(zhǔn)操作可在需要時進(jìn)行, ,也可以自動或連續(xù)地進(jìn)行也可以自動或連續(xù)地進(jìn)行校準(zhǔn)校準(zhǔn), ,但必須為但必須為ADS1210/1211提供適當(dāng)?shù)妮斎腚妷?。提供適當(dāng)?shù)妮斎腚妷?。與此相對應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器既可讀又可寫與此相對應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器既可讀又可寫, ,這一特性使這一特性使得用戶可以在多種情況下得用戶可以在多種情況下不同的轉(zhuǎn)換速度、不同的轉(zhuǎn)換速度、不同的不同的TMR以及不同的以及

15、不同的PGA增益之間進(jìn)行切換而不必增益之間進(jìn)行切換而不必重新校準(zhǔn)。重新校準(zhǔn)。 ADS1210/1211的各種參數(shù)如增益、加速因子、的各種參數(shù)如增益、加速因子、模式選擇及寄存器數(shù)據(jù)都是經(jīng)過一個同步串行接口進(jìn)模式選擇及寄存器數(shù)據(jù)都是經(jīng)過一個同步串行接口進(jìn)行讀寫的。行讀寫的。二、二、ADC選擇原則選擇原則 ADC是測試系統(tǒng)的一個非常重要的環(huán)節(jié)是測試系統(tǒng)的一個非常重要的環(huán)節(jié), ,其芯片種類多其芯片種類多, ,性能各異性能各異, ,功能引腳不盡相同功能引腳不盡相同, ,實實際應(yīng)用中用戶應(yīng)根據(jù)際應(yīng)用中用戶應(yīng)根據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時間分辨率和轉(zhuǎn)換時間兩個重兩個重要參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)男酒獏?shù)選擇適當(dāng)?shù)男酒? ,尤其是

16、轉(zhuǎn)換時間決定了尤其是轉(zhuǎn)換時間決定了所設(shè)計的系統(tǒng)是否能適應(yīng)實時快速變化的數(shù)據(jù)所設(shè)計的系統(tǒng)是否能適應(yīng)實時快速變化的數(shù)據(jù)采集要求采集要求, ,因此在選擇因此在選擇ADC芯片時芯片時, ,一般可從下一般可從下面面6 6個方面來考慮。個方面來考慮。1、根據(jù)模擬通道的總誤差，選擇、根據(jù)模擬通道的總誤差，選擇ADC精度及分辨率；精度及分辨率；2、根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定、根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，保證系統(tǒng)實時性；轉(zhuǎn)換速度，保證系統(tǒng)實時性；3、根據(jù)信號特征，選擇、根據(jù)信號特征，選擇ADC的輸入信號范圍，是單極的輸入信號范圍，是單極性或雙極性，還有信號的驅(qū)動能力；性

17、或雙極性，還有信號的驅(qū)動能力；4、根據(jù)環(huán)境條件選擇、根據(jù)環(huán)境條件選擇ADC參數(shù)，如，共模抑制能力、參數(shù)，如，共模抑制能力、工作溫度、濕度、功耗、可靠性；工作溫度、濕度、功耗、可靠性；5、根據(jù)計算機接口特征，選擇、根據(jù)計算機接口特征，選擇ADC的輸出狀態(tài)，如的輸出狀態(tài)，如ADC是并行輸出或串行輸出，用二進(jìn)制或是并行輸出或串行輸出，用二進(jìn)制或BCD編碼輸編碼輸出，與微機接口是否易聯(lián)等；出，與微機接口是否易聯(lián)等；6、性價比、芯片來源、是否流行等其它因素。、性價比、芯片來源、是否流行等其它因素。3.6.2 ADC接口問題接口問題 由于現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般均由計算機控制由于現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般均由計算機

18、控制, ,那么計算機與那么計算機與ADC之間的接口設(shè)計就成為數(shù)據(jù)采集之間的接口設(shè)計就成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的一個重要內(nèi)容。系統(tǒng)設(shè)計的一個重要內(nèi)容。 考慮到逐次逼近式考慮到逐次逼近式ADC具有轉(zhuǎn)換速度快，精度具有轉(zhuǎn)換速度快，精度較高，價格適中的優(yōu)點，下面將介紹逐次逼近式較高，價格適中的優(yōu)點，下面將介紹逐次逼近式ADC-AD574A及其與及其與CPU的接口。的接口。一、一、ADC與微機接口的主要任務(wù)與微機接口的主要任務(wù)1 1、ADC每接收一次微機發(fā)出的轉(zhuǎn)換指令每接收一次微機發(fā)出的轉(zhuǎn)換指令, ,就進(jìn)行一就進(jìn)行一次次A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；2 2、當(dāng)微機發(fā)出取數(shù)據(jù)指令時、當(dāng)微機發(fā)出取數(shù)據(jù)指令時, ,轉(zhuǎn)換所得的

19、數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)從ADC的輸出寄存器中取出的輸出寄存器中取出, ,經(jīng)數(shù)據(jù)總線存入微機存儲經(jīng)數(shù)據(jù)總線存入微機存儲器的指定單元。器的指定單元。 完成這兩個任務(wù)完成這兩個任務(wù), ,由一定的由一定的接口電路接口電路和和軟件軟件完成。完成。二、二、ADC接口形式接口形式( (方式方式) ) ADC與計算機的接口方式與使用的與計算機的接口方式與使用的ADC的具體特的具體特性有關(guān)，也與所選用的計算機的型號有關(guān)。其接口方性有關(guān)，也與所選用的計算機的型號有關(guān)。其接口方式一般有以下式一般有以下四種四種：1、與、與CPU（Central Process Unit ）直接聯(lián)接。）直接聯(lián)接。（ADC輸出帶有數(shù)據(jù)寄存

20、器和三態(tài)門）輸出帶有數(shù)據(jù)寄存器和三態(tài)門）2、利用三態(tài)門或簡單接口電路相聯(lián)。、利用三態(tài)門或簡單接口電路相聯(lián)。（ADC輸出不帶有數(shù)據(jù)寄存器和三態(tài)門）輸出不帶有數(shù)據(jù)寄存器和三態(tài)門）3、利用、利用I / O接口器件與接口器件與CPU相聯(lián)。相聯(lián)。 （此法應(yīng)用較廣）（此法應(yīng)用較廣）4、通過、通過DMA（Direct Memory Access存儲器直接訪存儲器直接訪問問 ）與）與CPU相聯(lián)。（其功能是設(shè)備繞過處理器，直接相聯(lián)。（其功能是設(shè)備繞過處理器，直接由內(nèi)存讀取資料）由內(nèi)存讀取資料）三、三、ADC接口設(shè)計實例接口設(shè)計實例 以以AD公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的1212位逐次逼近式位逐次逼近式ADC-AD574A

21、為例介紹為例介紹ADC的接口設(shè)計方法。的接口設(shè)計方法。 AD574A是是AD公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的1212位逐次逼近位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換芯片。換芯片。AD574系列包括系列包括AD574、AD674和和AD1674等型號的芯片。等型號的芯片。AD574的轉(zhuǎn)換時間為的轉(zhuǎn)換時間為1515 35 35 s s。片。片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出鎖存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯，內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出鎖存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯，其運行方式靈活，可進(jìn)行其運行方式靈活，可進(jìn)行1212位轉(zhuǎn)換，也可作位轉(zhuǎn)換，也可作8 8位轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接以換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接以1212位輸出，也可先輸出位輸出，也可先輸出高高8 8位，后輸出低

22、位，后輸出低4 4位?？芍苯优c位?？芍苯优c8 8位或位或1616位的位的CPU連連接。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)接。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)有時鐘電路有時鐘電路, ,無需加外部時鐘。無需加外部時鐘。AD574A適用于對精度適用于對精度和速度要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)。和速度要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)。1 1、AD574A的結(jié)構(gòu)特點及引腳功能的結(jié)構(gòu)特點及引腳功能 此種此種ADC內(nèi)部具有三態(tài)輸出緩沖器內(nèi)部具有三態(tài)輸出緩沖器( (具有高具有高電平、低電平和高阻抗電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。此三種輸出狀態(tài)的門電路。此電路在電路在I /

23、 O電路中必不可少電路中必不可少),),且轉(zhuǎn)換速度快且轉(zhuǎn)換速度快, ,內(nèi)部內(nèi)部含有與計算機連接的邏輯控制電路含有與計算機連接的邏輯控制電路, ,是目前國內(nèi)應(yīng)是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之一用最多的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之一, ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下: :AD574A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：控制邏輯控制邏輯 A段段 B段段 C段段12位三態(tài)輸出緩沖器位三態(tài)輸出緩沖器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器（SAR）時鐘時鐘A模擬輸出模擬輸出參考輸入?yún)⒖驾斎?D/A轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（AD656A）模擬公共點模擬公共點10V參考電壓參考電壓+_輸出控制數(shù)字芯片數(shù)字芯片轉(zhuǎn)換結(jié)束啟 / 停復(fù)位保持/切斷比較器比

24、較器模擬芯片模擬芯片12位位12位位12/8 CS A0 R/C CE D11 D020VIN10VINAGNDBIPOFFREFINREFOUTSTSVCCVEEVLDGND性能：性能：分辨率：分辨率：12 位位非線性誤差：非線性誤差：1/2LBS或或1LBS 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率：25s 35 s模擬電壓輸入范圍：模擬電壓輸入范圍：0+10V和和0+20V， 05V和和010V兩檔四種兩檔四種 電源電壓：電源電壓：15V， 12V，+5V 數(shù)據(jù)輸出格式：數(shù)據(jù)輸出格式：12位位/8位位 低功耗：低功耗：390mWAD574引腳配置引腳配置AD57412822732642552462382192

25、01019111812171314+5 VA0CEVCCREFOUTAGNDREFINVEEBIP OFFSET10VIN20VINSTSDB11DB10DGND7221615812/ CSCR/DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB0DB1引腳功能引腳功能 AD574A的引腳的引腳: AD574A采用雙列直插式采用雙列直插式28引腳封裝。上圖給引腳封裝。上圖給出了出了AD574的引腳圖，各主要引腳的含義如下：的引腳圖，各主要引腳的含義如下： DB11 DB0：輸出數(shù)據(jù)線。：輸出數(shù)據(jù)線。DB11為最高有效位，為最高有效位，DB0為最低有效位。為最低有效位。 CS：片選信號，輸入低

26、電平有效。：片選信號，輸入低電平有效。 CE：片使能（啟動或讀數(shù)據(jù)）信號，輸入，高電：片使能（啟動或讀數(shù)據(jù)）信號，輸入，高電平有效。平有效。 R/C：數(shù)據(jù)讀出：數(shù)據(jù)讀出/啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換信號引腳，輸入。轉(zhuǎn)換信號引腳，輸入。當(dāng)該引腳為高電平時，允許讀當(dāng)該引腳為高電平時，允許讀A/D轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果；當(dāng)該引腳輸入低電平時，啟動結(jié)果；當(dāng)該引腳輸入低電平時，啟動A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 A0和和12/8：二者配合用于控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度是：二者配合用于控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度是12位位或或8位，以及數(shù)據(jù)輸出的格式位，以及數(shù)據(jù)輸出的格式(是是12位一次輸出還是先位一次輸出還是先輸出高輸出高8位，后輸

27、出低位，后輸出低4位位)。A0=0，表示啟動一次，表示啟動一次12位位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；A0=1，表示啟動一次，表示啟動一次8位轉(zhuǎn)換。位轉(zhuǎn)換。12/ 8 = 1，表示，表示12位數(shù)據(jù)并行輸出。位數(shù)據(jù)并行輸出。 STS：轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。該引腳在轉(zhuǎn)換過程中呈現(xiàn)：轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。該引腳在轉(zhuǎn)換過程中呈現(xiàn)高電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束立即返回到低電平。用戶可通過高電平，轉(zhuǎn)換一結(jié)束立即返回到低電平。用戶可通過查詢該引腳的狀態(tài)了解轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。查詢該引腳的狀態(tài)了解轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。10VIN ： 模擬信號輸入端，允許輸入的電壓范圍為模擬信號輸入端，允許輸入的電壓范圍為0 +10 V( (單極性輸入時單極性輸入時) )或或-5 +

28、5V( (雙極性輸入時雙極性輸入時) )。 20VIN：模擬信號輸入端，允許輸入的電壓范圍為：模擬信號輸入端，允許輸入的電壓范圍為0 +20 V( (單極性輸入時單極性輸入時) )或或10 +10 V( (雙極性輸入時雙極性輸入時) )。BIP OFF ：偏置電壓輸入，用于調(diào)零。：偏置電壓輸入，用于調(diào)零。REF OUT ：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端。：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端。REF IN ：基準(zhǔn)電壓輸入端。該信號與：基準(zhǔn)電壓輸入端。該信號與REF OUT配配合，用于滿刻度校準(zhǔn)。合，用于滿刻度校準(zhǔn)。 2 2、AD574A控制信號功能及應(yīng)用特性控制信號功能及應(yīng)用特性: :CECSR/C12/8A0工作狀態(tài)工作

29、狀態(tài)0禁止禁止1禁止禁止1000啟動啟動12位轉(zhuǎn)換位轉(zhuǎn)換1001啟動啟動8位轉(zhuǎn)換位轉(zhuǎn)換101112位數(shù)據(jù)輸出位數(shù)據(jù)輸出10100高高8位數(shù)據(jù)輸出位數(shù)據(jù)輸出10101低低4位數(shù)據(jù)輸出位數(shù)據(jù)輸出表表4-7 AD574A邏輯控制真值表邏輯控制真值表是無關(guān)項是無關(guān)項 AD574A的操作的操作 AD574A內(nèi)部的控制邏輯能根據(jù)內(nèi)部的控制邏輯能根據(jù)CPU給出的控制給出的控制信號而進(jìn)行轉(zhuǎn)換或讀出操作。只有在信號而進(jìn)行轉(zhuǎn)換或讀出操作。只有在CE=1且且CS=0時才時才能進(jìn)行一次有效操作。當(dāng)能進(jìn)行一次有效操作。當(dāng)CE、CS同時有效，而同時有效，而R/C為為低電平時啟動低電平時啟動A/D轉(zhuǎn)換，至于是啟動轉(zhuǎn)換，至于

30、是啟動12位轉(zhuǎn)換還是位轉(zhuǎn)換還是8位位轉(zhuǎn)換，則由轉(zhuǎn)換，則由A0來確定，來確定，A0=0時啟動時啟動12位轉(zhuǎn)換，位轉(zhuǎn)換，A0=1時時啟動啟動8位轉(zhuǎn)換；當(dāng)位轉(zhuǎn)換；當(dāng)CE、CS同時有效，而同時有效，而R/C為高電平為高電平時是讀出數(shù)據(jù)，至于是一次讀出時是讀出數(shù)據(jù)，至于是一次讀出12位還是位還是12位分兩次位分兩次讀出，則由讀出，則由12/8引腳確定。若引腳確定。若12/8接接+5 V，則一次并行，則一次并行輸出輸出12位數(shù)據(jù)；若位數(shù)據(jù)；若12/8接數(shù)字地，則由接數(shù)字地，則由A0控制是讀出控制是讀出高高8位還是低位還是低4位。位。AD574A的工作過程：的工作過程： AD574A的工作過程分為的工作過程

31、分為啟動轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束后和轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀讀出數(shù)據(jù)出數(shù)據(jù)兩個過程。兩個過程。 啟動轉(zhuǎn)換時，首先使啟動轉(zhuǎn)換時，首先使CS、CE信號有效，信號有效，AD574A處于轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，且處于轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，且A0為為1或為或為0，根據(jù)所需轉(zhuǎn)換的，根據(jù)所需轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定，然后使位數(shù)確定，然后使R/C0，啟動，啟動AD574A開始轉(zhuǎn)換。開始轉(zhuǎn)換。視為選中視為選中AD574A的片選信號，為啟動轉(zhuǎn)換的控制信號。的片選信號，為啟動轉(zhuǎn)換的控制信號。轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)束，STS由高電平變?yōu)榈碗娖??？赏ㄟ^查詢法，由高電平變?yōu)榈碗娖??？赏ㄟ^查詢法，讀入讀入STS線端的狀態(tài)，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。線端的狀態(tài)，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。

32、 輸出數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)輸出數(shù)據(jù)的方式，即是輸出數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)輸出數(shù)據(jù)的方式，即是12位并行輸出，還是分兩次輸出，以確定是接高電平還位并行輸出，還是分兩次輸出，以確定是接高電平還是接低電平；然后在是接低電平；然后在CE=1、CS=0、R/C=1的條件下，的條件下，確定確定A0的電平。若為的電平。若為12位并行輸出，位并行輸出，A0端輸入電平信端輸入電平信號可高可低；若分兩次輸出號可高可低；若分兩次輸出12位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)，A0=0，輸出，輸出12位數(shù)據(jù)的高位數(shù)據(jù)的高8位，位，A0=1，輸出，輸出12位數(shù)據(jù)的低位數(shù)據(jù)的低4位。由于位。由于AD574A輸出端有三態(tài)緩沖器，所以輸出端有三態(tài)緩沖器，所以

33、D0D11數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出線可直接接在線可直接接在CPU數(shù)據(jù)總線上。數(shù)據(jù)總線上。 （a）啟動與轉(zhuǎn)換）啟動與轉(zhuǎn)換 （b）讀取數(shù)據(jù)）讀取數(shù)據(jù) AD574A控制時序圖控制時序圖 單極性與雙極性的輸入方式單極性與雙極性的輸入方式: 輸入輸入AD574的模擬量可為單極性和雙極性，單的模擬量可為單極性和雙極性，單極性的輸入電壓范圍為極性的輸入電壓范圍為0 10 V或或0 20 V；雙極性的；雙極性的輸入電壓范圍為輸入電壓范圍為-5 +5 V或或-10 +10 V。這些靈活的。這些靈活的工作方式都必須按規(guī)定采用與之對應(yīng)的接線方式才工作方式都必須按規(guī)定采用與之對應(yīng)的接線方式才能實現(xiàn)。單極性和雙極性輸入時的接線

34、方式見下圖能實現(xiàn)。單極性和雙極性輸入時的接線方式見下圖 (a)和和(b)。模擬量。模擬量(單極性或雙極性單極性或雙極性)由引腳由引腳10VIN(輸輸入入0 10 V或或-5 +5 V)或或20VIN(輸入輸入0 20 V或或-10 +10 V)輸入。輸入。單極性和雙極性電路單極性和雙極性電路 ：(a) 單極性電路單極性電路(b) 雙極性電路雙極性電路010V020V-5V+5V-10V+10VW1W2W1W23、單片機簡介、單片機簡介(1)(1)單片機定義單片機定義 : : 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小

35、芯片上，但系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有，目前大部分還會具有外外存存。同時集成諸如通訊接口、定時器、實時時鐘等外。同時集成諸如通訊接口、定時器、實時時鐘等外圍設(shè)備?，F(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圍設(shè)備?，F(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機也被稱為微控制（單片機也被稱為微控制（Microcontroler），是

36、因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的的Z80是最早按照是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 其中最成功的是其中最

37、成功的是INTEL的的8031，因為簡單可靠而，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。目前，高端的直到現(xiàn)在還在廣泛使用。目前，高端的32位單片機主位單片機主頻已經(jīng)超過頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追，性能直追90年代中期的專用處年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，作為掌上美元，作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可

38、以直接使用專用的專用的Windows和和Linux操作系統(tǒng)。事實上單片機是世操作系統(tǒng)。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。界上數(shù)量最多的計算機。 (2)(2)單片機的應(yīng)用領(lǐng)域單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： a、在智能儀器儀表上的應(yīng)用在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于

39、儀展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。 采用單片機控制使得儀器儀表采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、數(shù)字化、智能化、微型化，微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。儀）。 b、在

40、工業(yè)控制中的應(yīng)用在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。統(tǒng)等。 C、在家用電器中的應(yīng)用在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。門，無所不在。 d、在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在