第二章輸入輸出接口技術(shù)

1、微機(jī)控制技術(shù)微機(jī)控制技術(shù)第二章第二章 輸入輸入/ /輸出接口技術(shù)輸出接口技術(shù)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1 1、基本概念、基本概念 2 2、模擬量輸出通道、模擬量輸出通道 3 3、模擬量輸入通道、模擬量輸入通道 4 4、開關(guān)量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口 5 5、I/OI/O通道抗干擾技術(shù)通道抗干擾技術(shù)2.1 基本概念基本概念 輸入輸出通道輸入輸出通道 信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣 采樣定理采樣定理 量化及量化誤差量化及量化誤差 問題：連續(xù)信號(hào)問題：連續(xù)信號(hào)離散信號(hào)？誤差？離散信號(hào)？誤差？ I/O通道通道: :計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通

2、道輸入通道輸入通道: :將被控對(duì)象的信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)的通道將被控對(duì)象的信號(hào)提供給計(jì)算機(jī)的通道輸出通道輸出通道: :計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)作用于被控對(duì)象的通道。計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)作用于被控對(duì)象的通道。I/O通道分為通道分為模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道道和開關(guān)量輸出通道 。計(jì)算機(jī)I/O接口電路D/A轉(zhuǎn) 換 器保持器放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)A/D轉(zhuǎn) 換 器采樣器檢測(cè)元件開 關(guān) 量 輸 入開 關(guān) 量 輸 出工 業(yè)對(duì) 象 輸 入 輸 出 通 道 的 組 成2.1 基本概念基本概念1 1、信號(hào)的采樣過程、信號(hào)的采樣過程對(duì)于一個(gè)連續(xù)的信號(hào)首先通過對(duì)

3、于一個(gè)連續(xù)的信號(hào)首先通過采樣采樣開關(guān)，按預(yù)定的時(shí)間開關(guān)，按預(yù)定的時(shí)間間隔取連續(xù)變化信號(hào)的瞬間值，形成一系列等間隔的離間隔取連續(xù)變化信號(hào)的瞬間值，形成一系列等間隔的離散信號(hào)，再經(jīng)過散信號(hào)，再經(jīng)過A/DA/D轉(zhuǎn)換器將離散信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換器將離散信號(hào)進(jìn)行量化量化處理，處理，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為時(shí)間時(shí)間上和上和幅值幅值上都離散的數(shù)字信號(hào)。上都離散的數(shù)字信號(hào)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用離散的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用離散的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，模擬控制系統(tǒng)采用連續(xù)信號(hào)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控模擬控制系統(tǒng)采用連續(xù)信號(hào)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也稱為制系統(tǒng)也稱為離散系統(tǒng)離散系統(tǒng)，或，或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制中采樣形

4、式有：計(jì)算機(jī)控制中采樣形式有：（1）周期采樣周期采樣 即采樣間隔為常數(shù)即采樣間隔為常數(shù)tk-tk-1=T（k=0,1,2,）T稱為采樣周期稱為采樣周期（2）多階采樣多階采樣 tk-tk-r=常數(shù)（常數(shù)（r1）（3）隨機(jī)采樣隨機(jī)采樣 即沒有固定的采樣周期，根據(jù)需即沒有固定的采樣周期，根據(jù)需要選擇采樣時(shí)刻要選擇采樣時(shí)刻應(yīng)用最多的是周期采樣。應(yīng)用最多的是周期采樣。)()()(*tstftf對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣過程可用公式對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣過程可用公式2.12.1來描述。來描述。 其中其中f(t)f(t)是連續(xù)函數(shù)，是連續(xù)函數(shù)，s(t)s(t)為開關(guān)函數(shù)，為開關(guān)函數(shù)，f f* *(t)(t)為采樣為采樣函數(shù)

5、，即函數(shù)，即f(t)f(t)在時(shí)間上離散以后的值。在時(shí)間上離散以后的值。設(shè)兩次開關(guān)閉合的設(shè)兩次開關(guān)閉合的間隔時(shí)間間隔時(shí)間為為T T，開關(guān)開關(guān)閉合的時(shí)間閉合的時(shí)間為為, s(t)s(t)可用一系列寬度為可用一系列寬度為的矩形脈沖之和來表示。在采的矩形脈沖之和來表示。在采樣系統(tǒng)中，一般將樣系統(tǒng)中，一般將T T稱為稱為采樣周期采樣周期，稱為稱為采樣時(shí)間采樣時(shí)間。（2.1）由于脈沖寬度由于脈沖寬度一般遠(yuǎn)小于采樣周期一般遠(yuǎn)小于采樣周期T T，即即/T0/T0，可用可用單單位脈沖函數(shù)位脈沖函數(shù)(t)(t)來替代來替代開關(guān)脈沖開關(guān)脈沖，用，用單位脈沖序列單位脈沖序列T T(t)(t)替替代代開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)

6、s(t)s(t)。單位脈沖是一種理想脈沖，幅值無窮大，寬度無窮小，面積單位脈沖是一種理想脈沖，幅值無窮大，寬度無窮小，面積（單位脈沖沖量）為（單位脈沖沖量）為1 1。單位脈沖序列可表示為。單位脈沖序列可表示為: :nTnTtt)()(（2.2）式中式中n=0,n=0,1,1,2,2,；T T為采樣周期。為采樣周期。用脈沖函數(shù)代替采樣函數(shù)，采樣過程用公式可表示為：用脈沖函數(shù)代替采樣函數(shù)，采樣過程用公式可表示為： nTnTttfttftf)()()()()(*（2.3）由單位脈沖函數(shù)的性質(zhì)則有：由單位脈沖函數(shù)的性質(zhì)則有： nnTtnTftf)()()(*在實(shí)際應(yīng)用中，物理上可實(shí)現(xiàn)的時(shí)間函數(shù)在實(shí)際應(yīng)

7、用中，物理上可實(shí)現(xiàn)的時(shí)間函數(shù)f(t)f(t)當(dāng)時(shí)間當(dāng)時(shí)間為負(fù)值時(shí)無意義，故式（為負(fù)值時(shí)無意義，故式（2.42.4）可簡(jiǎn)為：）可簡(jiǎn)為： 0*)()()(nnTtnTftf（2.4）（2.5）2 2、采樣定理、采樣定理采樣后的信號(hào)跟采樣周期采樣后的信號(hào)跟采樣周期T T的合理選取密切相關(guān)，的合理選取密切相關(guān)，合理地合理地選取采樣周期選取采樣周期T是能否再現(xiàn)是能否再現(xiàn)f(t)的關(guān)鍵。的關(guān)鍵。 T T過大會(huì)造成信息過大會(huì)造成信息的丟失的丟失，T T過小帶來過多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算過小帶來過多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算，加重計(jì)算機(jī)，加重計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。的負(fù)擔(dān)。香農(nóng)香農(nóng)定理定理（ShannonShannon）證明，對(duì)一個(gè)具

8、有有限頻譜的連續(xù)證明，對(duì)一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)函數(shù)（頻帶為函數(shù)（頻帶為 ）進(jìn)行采樣，僅當(dāng)采樣頻率）進(jìn)行采樣，僅當(dāng)采樣頻率 時(shí)，采樣函數(shù)能不失真地恢復(fù)到原函數(shù)。其中時(shí)，采樣函數(shù)能不失真地恢復(fù)到原函數(shù)。其中 為輸入信號(hào)所含的最高頻率。為輸入信號(hào)所含的最高頻率。maxmaxmax2smax 采樣定理為數(shù)字系統(tǒng)（包括數(shù)字通訊、數(shù)字信采樣定理為數(shù)字系統(tǒng)（包括數(shù)字通訊、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字控制等）采樣周期的選擇提供了號(hào)處理和數(shù)字控制等）采樣周期的選擇提供了理論依據(jù)，給出了理論依據(jù)，給出了采樣周期的上限采樣周期的上限。在實(shí)際應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中采樣周期的選擇要考慮以下因素用中采樣周期的選擇要考慮以下因素： 加于生產(chǎn)

9、過程的加于生產(chǎn)過程的擾動(dòng)程度擾動(dòng)程度； 被控對(duì)象的被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性； 所采用的所采用的控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型的類型； 被控對(duì)象所要求的被控對(duì)象所要求的控制品質(zhì)指標(biāo)控制品質(zhì)指標(biāo)。在工程實(shí)際應(yīng)用中，一般選取采樣頻率在工程實(shí)際應(yīng)用中，一般選取采樣頻率max)104(s3 3、量化及量化誤差、量化及量化誤差 采樣后得到的離散模擬信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)必須采樣后得到的離散模擬信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)必須經(jīng)過量化過程，變成數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)接受和處理。經(jīng)過量化過程，變成數(shù)字信號(hào)才能被計(jì)算機(jī)接受和處理。 量化過程量化過程（簡(jiǎn)稱量化）就是用一組數(shù)碼（如（簡(jiǎn)稱量化）就是用一組數(shù)碼（

10、如8 8位或位或1616位位二進(jìn)制碼）來表示離散的模擬信號(hào)的大小。二進(jìn)制碼）來表示離散的模擬信號(hào)的大小。量化是由量化是由A/DA/D轉(zhuǎn)換器完成的轉(zhuǎn)換器完成的。計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)、D/AD/A（A/DA/D）轉(zhuǎn)換器，只能在一定精度條件下用有限轉(zhuǎn)換器，只能在一定精度條件下用有限的字長(zhǎng)來表示數(shù)，從而造成誤差，稱為的字長(zhǎng)來表示數(shù)，從而造成誤差，稱為量化誤差量化誤差。量化誤差是量化過程中的固有誤差，其大小與量化單位有關(guān)，量化誤差是量化過程中的固有誤差，其大小與量化單位有關(guān)，即與數(shù)值的細(xì)分成程度有關(guān)。即與數(shù)值的細(xì)分成程度有關(guān)。量化單位量化單位是指量化中二進(jìn)制數(shù)是指量化中二進(jìn)制數(shù)的最低位的最低位(LSB)(LS

11、B)對(duì)應(yīng)的模擬量的值。對(duì)應(yīng)的模擬量的值。 設(shè)設(shè)f fmaxmax和和f fminmin分別表示可被轉(zhuǎn)化的模擬信號(hào)最大值和最小值，分別表示可被轉(zhuǎn)化的模擬信號(hào)最大值和最小值，則量化單位則量化單位q q為：為：其中其中n n為轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制字長(zhǎng)（位數(shù)）。大多數(shù)為轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制字長(zhǎng)（位數(shù)）。大多數(shù)A/DA/D轉(zhuǎn)換器量轉(zhuǎn)換器量化誤差為化誤差為( (1/2)q1/2)q 。 maxmin2nffq2.2 模擬量輸入通道模擬量輸入通道信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理多路開關(guān)多路開關(guān)采樣采樣/保持器保持器A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理8位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC080912A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD574A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

12、模擬量輸入通道設(shè)計(jì)模擬量輸入通道設(shè)計(jì) 模擬量輸入通道的模擬量輸入通道的任務(wù)任務(wù)是把從系統(tǒng)中檢測(cè)到的模擬信號(hào)，是把從系統(tǒng)中檢測(cè)到的模擬信號(hào)，變成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送往計(jì)算機(jī)。變成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送往計(jì)算機(jī)。 傳感器傳感器是將生產(chǎn)過程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的裝置，大是將生產(chǎn)過程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的裝置，大多數(shù)傳感器的輸出是直流電壓多數(shù)傳感器的輸出是直流電壓( (或電流或電流) )信號(hào)，也有一些信號(hào)，也有一些傳感器把電阻值、電容值、電感值的變化作為輸出量。傳感器把電阻值、電容值、電感值的變化作為輸出量。 為了避免低電平模擬信號(hào)傳輸帶來的麻煩，經(jīng)常要將測(cè)為了避免低電平模擬信號(hào)傳輸帶來的麻煩，

13、經(jīng)常要將測(cè)量元件的輸出信號(hào)經(jīng)量元件的輸出信號(hào)經(jīng)變送器變送器變送，如溫度變送器、壓力變送，如溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等，將溫度、壓力、流量的電信號(hào)變送器、流量變送器等，將溫度、壓力、流量的電信號(hào)變成變成0 010mA10mA或或4 420mA20mA的統(tǒng)一信號(hào)，然后經(jīng)過模擬量輸?shù)慕y(tǒng)一信號(hào)，然后經(jīng)過模擬量輸入通道來處理。入通道來處理。常見的傳感器檢測(cè)的量包括：溫度、壓力、流量、常見的傳感器檢測(cè)的量包括：溫度、壓力、流量、物位（液位）、機(jī)械量、成分等。物位（液位）、機(jī)械量、成分等。熱電偶：熱電偶：測(cè)溫范圍寬測(cè)溫范圍寬，一般，一般為為-50 +1600 ，常用于，常用于高溫測(cè)量高溫測(cè)量或或精

14、度要求不高的精度要求不高的場(chǎng)合場(chǎng)合，此外由于材料較柔軟，此外由于材料較柔軟，便于折彎，因此可以對(duì)物體便于折彎，因此可以對(duì)物體表面溫度表面溫度進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。熱電阻：熱電阻：精度高，性能穩(wěn)定，精度高，性能穩(wěn)定，測(cè)溫范圍寬測(cè)溫范圍寬，一般為，一般為-200 +600 ，工業(yè)中精確測(cè)溫，工業(yè)中精確測(cè)溫大多用該類傳感器。其類型大多用該類傳感器。其類型有：有：Pt100、Pt50、Cu50等。等。熱敏電阻壓力傳感器壓差傳感器渦輪流量傳感器液位傳感器超聲波流量傳感器 模擬量輸入通道的功能是將各類傳感器轉(zhuǎn)換來的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入模擬量輸入通道的功能是將各類傳感器轉(zhuǎn)換來的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)

15、送入計(jì)算機(jī)。其組成包括：計(jì)算機(jī)。其組成包括： 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理 通過信號(hào)變換、濾波、線性化、隔離等，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過信號(hào)變換、濾波、線性化、隔離等，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(2)(2)多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器 當(dāng)有多個(gè)信號(hào)源分時(shí)使用模擬量輸入通道時(shí)，必須采用多路轉(zhuǎn)換器。當(dāng)有多個(gè)信號(hào)源分時(shí)使用模擬量輸入通道時(shí)，必須采用多路轉(zhuǎn)換器。(3)(3)前置放大器前置放大器 將傳感器得到的電信號(hào)進(jìn)行放大處理，以滿足將傳感器得到的電信號(hào)進(jìn)行放大處理，以滿足A/DA/D轉(zhuǎn)換器規(guī)定的量轉(zhuǎn)換器規(guī)定的量程輸入。程輸入。(4)(4)采樣采樣/ /保持器保持器 用以保持采樣點(diǎn)的模擬信號(hào)，使其在用以保持采樣點(diǎn)的模擬信號(hào)，使

16、其在A/DA/D轉(zhuǎn)換期間保持不變。轉(zhuǎn)換期間保持不變。(5)A/D(5)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 將模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字量。將模擬量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字量。(6)I/O(6)I/O接口接口 用來鎖存用來鎖存A/DA/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，以供計(jì)算機(jī)來讀取。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，以供計(jì)算機(jī)來讀取。1 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路（信號(hào)預(yù)處理）主要是對(duì)來自傳感器或變送器（信號(hào)預(yù)處理）主要是對(duì)來自傳感器或變送器的信號(hào)進(jìn)行處理。如將的信號(hào)進(jìn)行處理。如將4mA4mA20mA20mA或或0 010mA10mA電流信號(hào)變?yōu)殡婋娏餍盘?hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)壓信號(hào)，將熱電阻，將熱電阻(Pt100(P

17、t100或或Cu50)Cu50)的電阻信號(hào)經(jīng)過橋路變?yōu)殡姷碾娮栊盘?hào)經(jīng)過橋路變?yōu)殡妷盒盘?hào)等。壓信號(hào)等。 絕大多數(shù)傳感器均有相應(yīng)的變送器，但溫度傳感器的調(diào)理電絕大多數(shù)傳感器均有相應(yīng)的變送器，但溫度傳感器的調(diào)理電路往往需自己制作。常見的溫度調(diào)理電路采用路往往需自己制作。常見的溫度調(diào)理電路采用橋式電路橋式電路原理原理進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。ICL7650 無源無源I/VI/V變換變換無源無源I/VI/V變換可以利用一個(gè)的精密電阻，將變換可以利用一個(gè)的精密電阻，將0 010mA10mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0 05V5V的電壓信號(hào)。的電壓信號(hào)。有源有源I/VI/V變換變換有源有源I/VI/V變換是

18、利用變換是利用有源器件運(yùn)算放大器有源器件運(yùn)算放大器和和電阻組成。電阻組成。如圖，輸入的如圖，輸入的0 010mA10mA電流在電阻電流在電阻R R上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的輸入電壓，通過運(yùn)算放大電路，選擇適當(dāng)?shù)妮斎腚妷海ㄟ^運(yùn)算放大電路，選擇適當(dāng)?shù)碾娮?，可將電阻，可? 010mA10mA輸入變換為輸入變換為0 05V5V的電壓的電壓輸出。該電路的放大倍數(shù)為輸出。該電路的放大倍數(shù)為1f1RRA 泛華測(cè)控 / Pansino模擬信號(hào)調(diào)理模擬信號(hào)調(diào)理低電壓信號(hào)低電壓信號(hào)電流輸入電流輸入/輸出輸出RTDs 和熱敏電阻和熱敏電阻熱電偶熱電偶熱電偶熱電偶應(yīng)變儀應(yīng)變儀應(yīng)變儀應(yīng)變儀隔離隔離放大放大噪聲濾波噪聲濾波隔離

19、隔離放大放大噪聲濾波噪聲濾波電流與電壓的轉(zhuǎn)換電流與電壓的轉(zhuǎn)換;隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波電流與電壓的轉(zhuǎn)換電流與電壓的轉(zhuǎn)換;隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波冷端補(bǔ)償冷端補(bǔ)償隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波冷端補(bǔ)償冷端補(bǔ)償激勵(lì)電源激勵(lì)電源隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波激勵(lì)電源激勵(lì)電源隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓全橋和半橋設(shè)置全橋和半橋設(shè)置隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓全橋和半橋設(shè)置全橋和半橋設(shè)置隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波多功能多功能I/O多功能多功能I

20、/ODemo泛華測(cè)控 / PansinoSCXI 選擇選擇傳感器和信號(hào)傳感器和信號(hào) 熱電偶熱電偶 RTDs 熱敏電阻熱敏電阻 應(yīng)變儀應(yīng)變儀 電壓信號(hào)電壓信號(hào)微伏，毫伏，伏微伏，毫伏，伏 電流信號(hào)電流信號(hào)4 20 mA, 0 20 mA 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)信號(hào)調(diào)理多路復(fù)用放大隔離濾波傳感器激勵(lì)冷端補(bǔ)償2 多路開關(guān)多路開關(guān) 多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱又稱多路開關(guān)多路開關(guān)，利用多路開關(guān)可將各個(gè)，利用多路開關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或輸入信號(hào)依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器上，實(shí)現(xiàn)多路共享。其特點(diǎn)：器上，實(shí)現(xiàn)多路共享。其特點(diǎn)： * * 一般采用集成芯片一般采用集

21、成芯片 * * 4 4路、路、8 8路、路、1616路路* * 單向和雙向單向和雙向* * 內(nèi)部一般帶有譯碼電路進(jìn)行二進(jìn)制譯碼內(nèi)部一般帶有譯碼電路進(jìn)行二進(jìn)制譯碼* * 每次只允許一路信號(hào)輸入或輸出每次只允許一路信號(hào)輸入或輸出* * 可直接和微機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連可直接和微機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。常用的多路開關(guān)有常用的多路開關(guān)有CD4051CD4051（8 8路雙向）、路雙向）、AD7501AD7501（8 8路路單向）、單向）、MAX308MAX308（8 8路單向）等。路單向）等。lCD405l是常用的是常用的8路模擬開關(guān)器。它由路模擬開關(guān)器。它由邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼器制譯碼器及

22、及8個(gè)開關(guān)電路個(gè)開關(guān)電路組成。組成。lA，B，C為二進(jìn)制輸入控制端，通過譯碼器可譯出為二進(jìn)制輸入控制端，通過譯碼器可譯出8種狀態(tài)，種狀態(tài)，選通其中一個(gè)通道工作。選通其中一個(gè)通道工作。l譯碼輸出受控制鎖存端譯碼輸出受控制鎖存端INH控制，控制，INH =1時(shí)，禁止通道工作，時(shí)，禁止通道工作，INH=0時(shí)允許通道工作。時(shí)允許通道工作。lCD4051可可雙向雙向工作，可完成工作，可完成8入入1出出或或1入入8出出的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 CD4051原理圖原理圖主要特性：主要特性：直流供電電源：直流供電電源：VDD+5V+15V 數(shù)字信號(hào)電位變化范圍：數(shù)字信號(hào)電位變化范圍：315V輸入電壓：輸入電壓：UIN

23、0VDD模擬信號(hào)峰峰值：模擬信號(hào)峰峰值：15V 例例1 1 用兩個(gè)用兩個(gè)CD4051CD4051擴(kuò)展成一個(gè)擴(kuò)展成一個(gè)1 11616路的模擬開關(guān)。路的模擬開關(guān)。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線D3D3D0D0作為通道選擇信號(hào)，作為通道選擇信號(hào)，D3D3用來控制兩個(gè)多用來控制兩個(gè)多路開關(guān)的禁止端。路開關(guān)的禁止端。D3=0D3=0時(shí)時(shí)，選中右邊的多路開關(guān)選中右邊的多路開關(guān)。當(dāng)。當(dāng)D2D2、D1D1、D0D0從從000000變變?yōu)闉?11111，依次選通，依次選通IN1IN1IN8IN8通道通道 D3=1D3=1時(shí)時(shí)，經(jīng)反相器變成低電平，選中左邊的多路開關(guān)經(jīng)反相器變成低電平，選中左邊的多路開關(guān)。當(dāng)當(dāng)D2D2、D1D1

24、、D0D0從從000000變?yōu)樽優(yōu)?11111，依次選通，依次選通IN9IN9IN16IN16通道。通道。 多路開關(guān)的選用多路開關(guān)的選用：（1 1）模擬量路數(shù)較多模擬量路數(shù)較多的場(chǎng)合，選用多路開關(guān)以及多路開的場(chǎng)合，選用多路開關(guān)以及多路開關(guān)的擴(kuò)展。關(guān)的擴(kuò)展。（2 2）盡可能選擇單片盡可能選擇單片能完成的多路開關(guān)，以保證每路特能完成的多路開關(guān)，以保證每路特性參數(shù)的一致性。性參數(shù)的一致性。（3 3）多路開關(guān)）多路開關(guān)速度應(yīng)高于后級(jí)速度應(yīng)高于后級(jí)的采樣保持電路及的采樣保持電路及A/DA/D（或（或D/AD/A）的工作速度。）的工作速度。（4 4）應(yīng)考慮多路開關(guān)對(duì)模擬信號(hào)的要求。包括帶寬、建）應(yīng)考慮多路

25、開關(guān)對(duì)模擬信號(hào)的要求。包括帶寬、建立時(shí)間等。立時(shí)間等。建立時(shí)間建立時(shí)間指一旦某通道被接通，模擬開關(guān)的輸出達(dá)到輸指一旦某通道被接通，模擬開關(guān)的輸出達(dá)到輸入信號(hào)額定百分比所需的時(shí)間。入信號(hào)額定百分比所需的時(shí)間。帶寬帶寬指多路開關(guān)被接通指多路開關(guān)被接通后，開關(guān)能通過的信號(hào)頻帶寬度。后，開關(guān)能通過的信號(hào)頻帶寬度。3 采樣采樣/保持器保持器采樣中問題采樣中問題：A/DA/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過程的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間（轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過程的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間（孔徑時(shí)間孔徑時(shí)間）。）。轉(zhuǎn)換期間會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差（轉(zhuǎn)換期間會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差（孔徑誤差孔徑誤差）。）。 例例2 2 幅值幅值V Vf f=5V=5V的正弦模

26、擬信號(hào)進(jìn)行的正弦模擬信號(hào)進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換。采用轉(zhuǎn)換。采用1212位的位的A/DA/D，基，基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓10.24V10.24V，量化誤差為半個(gè)量化單位；轉(zhuǎn)換時(shí)間，量化誤差為半個(gè)量化單位；轉(zhuǎn)換時(shí)間0.1ms0.1ms。確。確定模擬輸入信號(hào)最高頻率。定模擬輸入信號(hào)最高頻率。tVEffVEtEtfVVtftfVVftVVfffff2;222cos2;2sin)(5 . 010521025. 1225. 1224.102143max12HztVEfmVEf 采樣采樣/ /保持器保持器：對(duì)變化的模擬信號(hào)快速采樣并保持對(duì)變化的模擬信號(hào)快速采樣并保持模擬信號(hào)模擬信號(hào)。兩種工作方式：兩種工作方式：采樣方

27、式采樣方式和和保持方式保持方式。在在采樣采樣時(shí)，采時(shí)，采/ /保電路的輸出跟蹤模擬輸入電壓。保電路的輸出跟蹤模擬輸入電壓。在在保持保持時(shí)，采時(shí)，采/ /保電路將保持采樣命令撤銷時(shí)刻的保電路將保持采樣命令撤銷時(shí)刻的采樣值。采樣值?；竟ぷ髟恚夯竟ぷ髟恚河煞糯笃饔煞糯笃鰽1A1、A2A2及邏輯輸入控制的開關(guān)電路組成。及邏輯輸入控制的開關(guān)電路組成。 1 1 采樣周期采樣周期開關(guān)開關(guān)K K閉合，輸入信號(hào)閉合，輸入信號(hào)V VININ經(jīng)高增益放大器經(jīng)高增益放大器A1A1輸出，輸出，向電容向電容C CH H充電；充電；2 2 保持周期保持周期開關(guān)開關(guān)K K斷開，由于斷開，由于A2A2輸入阻抗很高，在理

28、想情況輸入阻抗很高，在理想情況下，電容將保持充電時(shí)的最終值。下，電容將保持充電時(shí)的最終值。電容電容C CH H的大小直接影響采樣的大小直接影響采樣/ /保持器的速度和精度。保持器的速度和精度。采樣期間：采樣期間：C CH H越小，充電時(shí)間越短，采樣獲取時(shí)間越小，充電時(shí)間越短，采樣獲取時(shí)間越短。越短。 保持期間：保持期間：C CH H中保持電壓中保持電壓V VC C由于漏電流所致會(huì)緩慢由于漏電流所致會(huì)緩慢下降，下降，C CH H越小下降越快。越小下降越快。保持電壓保持電壓V VC C的變化率為的變化率為式中：式中： I ID D為保持期間電容的總泄漏電流（放大器的輸入電為保持期間電容的總泄漏電流

29、（放大器的輸入電流、開關(guān)截止時(shí)漏電流、電容內(nèi)部漏電流等）。流、開關(guān)截止時(shí)漏電流、電容內(nèi)部漏電流等）。增大電容增大電容C CH H值可以減小電壓變化率，但又會(huì)增加充值可以減小電壓變化率，但又會(huì)增加充電（采樣）時(shí)間，電（采樣）時(shí)間，保持電容的容量大小與采樣精度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。成正比而與采樣頻率成反比。一般情況下，保持電容一般情況下，保持電容C CH H是外接的，容量為是外接的，容量為5105101000pF1000pF。HDdcdCItV常用的采樣保持電路的集成電路芯片包括常用的采樣保持電路的集成電路芯片包括AD582AD582，LF198 /LF298 /L

30、F398LF198 /LF298 /LF398 等。等。選擇采樣保持器的主要因素有：選擇采樣保持器的主要因素有：獲取時(shí)間，電壓下降獲取時(shí)間，電壓下降率。率。 LF398的的CH取為取為0.01f時(shí)，信號(hào)達(dá)到時(shí)，信號(hào)達(dá)到0.01%精度所需的精度所需的獲取時(shí)間獲取時(shí)間(采樣時(shí)間采樣時(shí)間)為為25s，保持期間的輸出電壓下降，保持期間的輸出電壓下降率為每秒率為每秒3mv。若。若A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換期間，保持器輸出電壓下降約換期間，保持器輸出電壓下降約300v。在實(shí)際設(shè)計(jì)中在實(shí)際設(shè)計(jì)中（）在輸入的（）在輸入的模擬信號(hào)變化頻率較高模擬信號(hào)變化頻率較高；要；要求求同時(shí)

31、采樣多個(gè)過程參數(shù)同時(shí)采樣多個(gè)過程參數(shù)的情況下；的情況下； A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長(zhǎng)等情況下，等情況下，才需要設(shè)置才需要設(shè)置采樣采樣/ /保持電路。保持電路。（）對(duì)于（）對(duì)于變化緩慢變化緩慢的模擬信號(hào)，的模擬信號(hào)，若若A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短，則可以不加采樣保持，則可以不加采樣保持器器 。4 A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 A/D轉(zhuǎn)換器是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)值上等效的數(shù)字轉(zhuǎn)換器是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)值上等效的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有轉(zhuǎn)換器位數(shù)有8位、位、10位、位、12位等；位等；接口方式有串行、并行；接口方式有串行、并行；變換方式有

32、計(jì)數(shù)器式、逐次逼近式、雙積分式、變換方式有計(jì)數(shù)器式、逐次逼近式、雙積分式、-等。等。常用常用A/DA/D轉(zhuǎn)換器一般采用轉(zhuǎn)換器一般采用逐次逼近式逐次逼近式和和雙積分式雙積分式。逐次逼近式。逐次逼近式轉(zhuǎn)換時(shí)間短轉(zhuǎn)換時(shí)間短( (幾個(gè)微秒幾百個(gè)微秒幾個(gè)微秒幾百個(gè)微秒) )，但抗干擾能力較差。，但抗干擾能力較差。雙積分式轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)雙積分式轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)( (幾十個(gè)毫秒幾百個(gè)毫秒幾十個(gè)毫秒幾百個(gè)毫秒) )，抗干擾能抗干擾能力較強(qiáng)。力較強(qiáng)。在信號(hào)變化緩慢，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，宜采用后在信號(hào)變化緩慢，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，宜采用后者。者。計(jì)數(shù)器式計(jì)數(shù)器式AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器由計(jì)數(shù)器、由計(jì)數(shù)器、DA轉(zhuǎn)換器及比較器組成。結(jié)

33、轉(zhuǎn)換器及比較器組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)換速度比較慢。構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)換速度比較慢。 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器一種采用對(duì)分搜索原理來實(shí)現(xiàn)一種采用對(duì)分搜索原理來實(shí)現(xiàn)A/DA/D轉(zhuǎn)換。它由轉(zhuǎn)換。它由D/AD/A轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、比較器、逐次移位寄存器、控制邏輯及時(shí)鐘組成比較器、逐次移位寄存器、控制邏輯及時(shí)鐘組成。 工作過程是將工作過程是將N N位寄存器依次從高位置位寄存器依次從高位置1 1，如果，如果V VININV VO O，則保留；如果，則保留；如果V VININVVO O，則清除置，則清除置0 0。以以4 4位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換器把模擬量3.5V轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)

34、換為二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)為例，說為例，說明逐次逼近式明逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。轉(zhuǎn)換器的工作原理。( (假設(shè)參考電壓為假設(shè)參考電壓為5v A/D5v A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為：轉(zhuǎn)換器的分辨率為：5V/25V/24 4 = 0.3125V= 0.3125V) )反饋電壓D / A轉(zhuǎn)換器VIN比較器控制時(shí)序和邏輯電路逐位逼近寄存器(SAR)數(shù)字量輸 出鎖存器啟動(dòng)CLK模擬量輸 入VOVCD0圖圖 2-9 逐逐位位逼逼近近式式A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換原原理理圖圖 D1D2D3逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理圖轉(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，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)在控制

35、邏輯作用下， 首先使寄存器的最高位首先使寄存器的最高位D3D3 1 1，其余為，其余為0 0，此數(shù)字量，此數(shù)字量10001000經(jīng)經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即V VO O 2.5v2.5v，送到比較器輸入端與，送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換的模擬量被轉(zhuǎn)換的模擬量V VININ=3.5v=3.5v進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷。當(dāng)輸出進(jìn)行判斷。當(dāng)V VININ V VO O，則保留，則保留D3=1D3=1； 再對(duì)下一位再對(duì)下一位D2D2進(jìn)行比較進(jìn)行比較，同樣先使，同樣先使D2D2 1 1，與上一位，與上一位D3D3位位一起即一起即

36、11001100進(jìn)入進(jìn)入D/AD/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為V VO O 3.75v3.75v再進(jìn)入比較器，再進(jìn)入比較器，與與V VININ=3.5v=3.5v比較，因比較，因V VININ V VO O，則使，則使D2D2 0 0； 再下一位再下一位D1D1位進(jìn)行比較位進(jìn)行比較，D1D1 1 1即即10101010，經(jīng)，經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為V VO O= = 3.125v3.125v，再與，再與V VININ=3.5v=3.5v比較，因比較，因V VIN IN V VO O，則使，則使D1D1 1 1； 最后一位最后一位D0D0 1 1，即，即10011001經(jīng)經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換為

37、轉(zhuǎn)換為V VO O 3.4375v3.4375v，再與，再與V VININ=3.5v=3.5v比較，因比較，因V VININ V VO O，保留，保留D0D0 1 1。比較完畢，寄存器中的數(shù)字量比較完畢，寄存器中的數(shù)字量10111011即為模擬量即為模擬量3.5v3.5v的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器是最常用轉(zhuǎn)換器是最常用A/DA/D轉(zhuǎn)換器。如轉(zhuǎn)換器。如8 8位位單路單路ADC0801ADC0801ADC0805ADC0805、8 8位位8 8路路ADC0808/0809ADC0808/0809、8 8位位1

38、616路路ADC0816/0817ADC0816/0817等，混合集成高速型等，混合集成高速型1212位單路位單路AD574AAD574A、ADC803ADC803等。等。NIV源電準(zhǔn)基輯邏制控器分積器較比鐘時(shí)器數(shù)計(jì)入輸擬模始開換轉(zhuǎn)束結(jié)換轉(zhuǎn)出輸量字?jǐn)?shù)0D1-nD定固率斜1T2T間時(shí)分積定固壓壓電電入入輸輸于于比比正正2T和和1T關(guān)開圖框成組路電)a(理原分積雙)b(圖理原換轉(zhuǎn)D/A式分積雙10 2圖雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換原理圖轉(zhuǎn)換原理圖雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1 1 正向積分正向積分：開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓：開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓V VININ 在

39、在固定固定時(shí)間時(shí)間T T內(nèi)對(duì)積分器上的電容內(nèi)對(duì)積分器上的電容C C充電（正向積分）。充電（正向積分）。2 2 反向積分反向積分：固定時(shí)間到，控制邏輯將開關(guān)切換到與：固定時(shí)間到，控制邏輯將開關(guān)切換到與V VININ極性相極性相反的基準(zhǔn)電源上，此時(shí)電容反的基準(zhǔn)電源上，此時(shí)電容C C開始放電（反向積分），同時(shí)開始放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。3 3 反向積分結(jié)束反向積分結(jié)束：電容：電容C C放電完畢，由控制邏輯放電完畢，由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)器的計(jì)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。電

40、時(shí)間。 放電時(shí)間正比于輸入電壓放電時(shí)間正比于輸入電壓V VININ，即輸入電壓大，則放電時(shí)間長(zhǎng)，即輸入電壓大，則放電時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大。因此計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的大小反映了輸入電壓計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大。因此計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的大小反映了輸入電壓V VININ 的大小。從而實(shí)現(xiàn)模的大小。從而實(shí)現(xiàn)模/ /數(shù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)的轉(zhuǎn)換。 雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的常用的有輸出為轉(zhuǎn)換器的常用的有輸出為3 3位半位半BCDBCD碼（碼（二進(jìn)制編二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的碼的十進(jìn)制數(shù)）的ICL7107ICL7107、MC14433MC14433、輸出為、輸出為4 4位半位半BCDBCD碼碼的的ICL7135ICL7

41、135等。等。A/DA/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有：轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、線性誤差、量程、對(duì)基準(zhǔn)電源的要求等。間、線性誤差、量程、對(duì)基準(zhǔn)電源的要求等。（1 1）分辨率）分辨率分辨率是指轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量微小變化的反應(yīng)越靈分辨率是指轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。通常用敏。通常用A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示分辨率，如轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示分辨率，如8 8位、位、1212位、位、1616位等，或用滿刻度電壓值與位等，或用滿刻度電壓值與2 2n n之比之比表示（表示（n n為為A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。分辨率為分辨率為n，表示它可以對(duì)滿刻度的，表示它可

42、以對(duì)滿刻度的1/21/2n n的變化的變化量作出反應(yīng)。即：量作出反應(yīng)。即：分辨率分辨率 = = 滿刻度值滿刻度值/2/2n n （2 2）轉(zhuǎn)換時(shí)間）轉(zhuǎn)換時(shí)間指完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。指完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。逐逐位逼近式位逼近式A/D A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級(jí)微秒級(jí)，雙積分雙積分式式A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí)毫秒級(jí)。（3 3）線性誤差）線性誤差理想轉(zhuǎn)換特性理想轉(zhuǎn)換特性( (量化特性量化特性) )應(yīng)該是線性的、無溫度漂應(yīng)該是線性的、無溫度漂移，但實(shí)際轉(zhuǎn)換特征并非如此。在滿量程輸入范圍移，但實(shí)際轉(zhuǎn)換特征并非如此。

43、在滿量程輸入范圍內(nèi)，內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差一般也稱為精度。常用最低有效值的位數(shù)線性誤差一般也稱為精度。常用最低有效值的位數(shù)LSBLSB（Least Significant Bit)Least Significant Bit)）LSBLSB來表示，如來表示，如(1/2)LSB(1/2)LSB或或1LSB1LSB。（4）量程）量程即所能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍，如雙極性輸入：即所能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍，如雙極性輸入：-5V+5V，-10V+10V；單極性輸入：；單極性輸入：05V，010V等。等。（5）對(duì)基準(zhǔn)電源的要求）對(duì)基準(zhǔn)電源的要

44、求基準(zhǔn)電源的精度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度產(chǎn)生很大影響。基準(zhǔn)電源的精度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度產(chǎn)生很大影響。故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮是否要外接精密基準(zhǔn)電源。故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮是否要外接精密基準(zhǔn)電源。 其他參數(shù)還有：輸出邏輯電平、溫度范圍等。在設(shè)其他參數(shù)還有：輸出邏輯電平、溫度范圍等。在設(shè)計(jì)各類微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)的要求及上述計(jì)各類微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)的要求及上述各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，選擇滿足要求的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，選擇滿足要求的A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。5 8位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0809 ADC0808/0809 8位位逐次比較式逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器，是轉(zhuǎn)換器，是一種單片一種單片CMOS器件。包括器件。包

45、括8通道多路轉(zhuǎn)換器通道多路轉(zhuǎn)換器、 8位的位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、輸出緩沖鎖存器輸出緩沖鎖存器（三態(tài)）和（三態(tài)）和與微處理器兼容的與微處理器兼容的控制邏輯控制邏輯。(1)8(1)8通道多路轉(zhuǎn)換器通道多路轉(zhuǎn)換器該部分的功能是實(shí)現(xiàn)該部分的功能是實(shí)現(xiàn)8 8選選1 1操作，由通道選擇信操作，由通道選擇信號(hào)號(hào)C C、B B、A A，在，在ALEALE的作用下送入通道選擇邏輯。的作用下送入通道選擇邏輯。(2)8(2)8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 在在STARTSTART上收到一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令上收到一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令( (正脈沖正脈沖) )后后開始轉(zhuǎn)換，開始轉(zhuǎn)換，6464個(gè)時(shí)鐘周期后轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)個(gè)時(shí)鐘周

46、期后轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，束時(shí)，EOCEOC信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖剑ㄖ盘?hào)由低電平變?yōu)楦唠娖?，通知CPUCPU讀結(jié)果。讀結(jié)果。 (3)(3)三態(tài)輸出鎖存緩沖器三態(tài)輸出鎖存緩沖器 用于存放轉(zhuǎn)換結(jié)果用于存放轉(zhuǎn)換結(jié)果D D，輸出允許信號(hào)，輸出允許信號(hào)OEOE為高電為高電平時(shí)，平時(shí)，D D由由DO7DO7DO0DO0上輸出；上輸出；OEOE為低電平輸入時(shí)，為低電平輸入時(shí)，數(shù)據(jù)輸出線數(shù)據(jù)輸出線DO7DO7DO0DO0為高阻態(tài)。為高阻態(tài)。ADC0808/0809主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)l采用單一的采用單一的+5V電源供電，允許的模擬量輸電源供電，允許的模擬量輸入范圍為入范圍為05Vl無需進(jìn)行零位和滿度調(diào)

47、整無需進(jìn)行零位和滿度調(diào)整lADC0808精度為精度為1/2LSB，ADC0809則為則為1LSBl功耗為功耗為15mWl轉(zhuǎn)換速度為轉(zhuǎn)換速度為64個(gè)時(shí)鐘周期，時(shí)鐘頻率個(gè)時(shí)鐘周期，時(shí)鐘頻率101280kHZ引腳功能：引腳功能： IN0IN0IN7IN7：8 8路路模擬量輸入模擬量輸入端。允許端。允許8 8路模擬量分時(shí)輸路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)入，共用一個(gè)A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。ALEALE：地址鎖存允許信號(hào)地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。上升沿時(shí)鎖存高電平有效。上升沿時(shí)鎖存3 3位通道選擇信號(hào)。位通道選擇信號(hào)。A A、B B、C C：3 3位地址位地址線即模擬線即模擬量通道選擇線。量通道選擇線

48、。ALEALE為高電為高電平時(shí)，地址譯碼出對(duì)應(yīng)通道。平時(shí)，地址譯碼出對(duì)應(yīng)通道。STARTSTART：?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)，高電平有效。上升沿時(shí)將轉(zhuǎn)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)啟換器內(nèi)部清零，下降沿時(shí)啟動(dòng)動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccADDCADC08091109876543220141516171819131211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEADDAADDBIN0IN1IN22827262524232221EOCEOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。從從STA

49、RT上升沿開始上升沿開始8個(gè)時(shí)鐘周期后個(gè)時(shí)鐘周期后由由高電平變?yōu)榈碗娖健＾D(zhuǎn)換結(jié)果在高電平變?yōu)榈碗娖?。轉(zhuǎn)換結(jié)果在EOCEOC上升沿上升沿(64(64個(gè)時(shí)鐘周期后個(gè)時(shí)鐘周期后由低電平轉(zhuǎn)換為高電平由低電平轉(zhuǎn)換為高電平) )前一個(gè)時(shí)鐘周期存入寄存器。該信號(hào)前一個(gè)時(shí)鐘周期存入寄存器。該信號(hào)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)?？勺鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)。OEOE：輸出允許信號(hào)輸出允許信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)用來打開三態(tài)輸出，高電平有效。該信號(hào)用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將緩沖器，將A/DA/D轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換得到的8 8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。D0D0D7D7：8 8位數(shù)字量輸出。位數(shù)字量輸出。D0D0為最低位

50、，為最低位，D7D7為最高位。由于有為最高位。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。三態(tài)輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連。CLOCKCLOCK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端外部時(shí)鐘脈沖輸入端。當(dāng)脈沖頻率為。當(dāng)脈沖頻率為640kHz640kHz時(shí)，時(shí)，A/DA/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間為100100 s s（8 8* *8 8個(gè)時(shí)鐘周期）。個(gè)時(shí)鐘周期）。VR+VR+，VR-VR-：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，通常范圍，通常VR+ = VR+ = 5V DC5V DC，VR- = 0V DCVR- = 0V DC。VccVcc：工作電源，

51、：工作電源， 5VDC5VDC。GNDGND：電源地。：電源地。6 12位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD574AD574AD574是是1212位逐次逼近位逐次逼近型快速型快速A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最快為轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最快為35s35s。AD574AD574片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路。片內(nèi)包含高精度的片內(nèi)有三態(tài)輸出緩沖電路。片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時(shí)鐘電路，應(yīng)用方便。參考電壓源和時(shí)鐘電路，應(yīng)用方便。 AD574AD574由由1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器存緩沖器和和10V10V基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源四部分構(gòu)成。四部分構(gòu)成。 控制邏輯的任務(wù)

52、包含：控制邏輯的任務(wù)包含：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換、控制轉(zhuǎn)換過啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、控制轉(zhuǎn)換過程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。CECE、CSCS均為片選信號(hào)，均為片選信號(hào)，R/CR/C為讀為讀/ /啟動(dòng)控制信號(hào)，啟動(dòng)控制信號(hào)，12/812/8為數(shù)字量輸出位數(shù)為數(shù)字量輸出位數(shù)控制，控制，A0A0為分辨率和字節(jié)選擇。為分辨率和字節(jié)選擇。 STSSTS為為AD574AD574的狀態(tài)輸出信號(hào)。啟動(dòng)后，的狀態(tài)輸出信號(hào)。啟動(dòng)后，STSSTS為為高電平表示正在轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束，高電平表示正在轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束，STSSTS為低電平。為低電平。CPUCPU可用查詢或中斷方式了解轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束。可用查詢或中斷方式了解轉(zhuǎn)換過程是否

53、結(jié)束。 AD574AD574芯片引腳功能芯片引腳功能Vcc, VEEVcc, VEE ：工作電源正端：工作電源正端+15+15V V，工作電源負(fù)端工作電源負(fù)端 15V15V。VLVL：邏輯電源端，：邏輯電源端，+5V+5V。DGNDDGND，AGNDAGND：數(shù)字地，模擬地。：數(shù)字地，模擬地。REF OUTREF OUT：基準(zhǔn)電壓源輸出端。：基準(zhǔn)電壓源輸出端。REF INREF IN：基準(zhǔn)電壓源輸入端，用來：基準(zhǔn)電壓源輸入端，用來調(diào)量程。調(diào)量程。STSSTS：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平表示，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示已轉(zhuǎn)換完正在轉(zhuǎn)換，低電平表示已轉(zhuǎn)換完畢。畢。DB0-DB11DB0-

54、DB11：1212位輸出數(shù)據(jù)線位輸出數(shù)據(jù)線，三態(tài)，三態(tài)輸出鎖存。輸出鎖存。CECE：片使能信號(hào)片使能信號(hào)，高電平有效。，高電平有效。/CS/CS：片選信號(hào)片選信號(hào)，低電平有效。，低電平有效。R/-CR/-C：讀讀/ /轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)，高電平為讀，高電平為讀A/DA/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為啟動(dòng)平為啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。12/-812/-8：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)，高電平時(shí)輸出，高電平時(shí)輸出1212位位數(shù)據(jù)；低電平時(shí)單字節(jié)輸出，與數(shù)據(jù)；低電平時(shí)單字節(jié)輸出，與A0A0信號(hào)配合輸出高信號(hào)配合輸出高8 8位或低位或低4 4位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。A0A0：字節(jié)信號(hào)字節(jié)信號(hào)，

55、在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)，A0A0為低電平為低電平AD574AD574按按1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，A0A0為高電平按為高電平按8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換。在讀數(shù)狀轉(zhuǎn)換。在讀數(shù)狀態(tài)，如果態(tài)，如果12/-812/-8為低電平，則為低電平，則A0A0為低電平時(shí)，輸出為低電平時(shí)，輸出高高8 8位數(shù)，位數(shù)，A0A0為高電平時(shí)，輸出低為高電平時(shí)，輸出低4 4位數(shù)。位數(shù)。10V10VININ，20V20VININ，BIP OFFBIP OFF：模擬電壓信號(hào)輸入端：模擬電壓信號(hào)輸入端l通過對(duì)通過對(duì)CECE、/CS/CS、R/-CR/-C、12/-812/-8、A0A0控制信號(hào)的不控制信號(hào)的不同控制，

56、可以使同控制，可以使AD574AD574工作于不同的狀態(tài)。工作于不同的狀態(tài)。l單極性單極性/雙極性輸入雙極性輸入BIP OFFBIP OFF接接0V0V，AD574AD574為單極性輸入。為單極性輸入。量程為量程為0 010 V10 V，或或20V20V。分別通過分別通過10V10VININ或或20V20VININ接入。接入。將將BIP OFFBIP OFF接接10V10V，AD574AD574為雙極性輸入。為雙極性輸入。量程為量程為- -5V5V，或，或-10-1010V10V。分別通過分別通過10V10VININ或或20V20VININ接入。接入。1081213149AD574AAD574

57、A1081213149零點(diǎn)調(diào)整12V+100k REF OUTREF INBIP OFFBIP OFF量程調(diào)整12V_ 0 0 1 10 0V V輸輸入入(a)(b)001100k 00120VININ10VIN10V20VIN001001單單極極性性雙雙極極性性圖圖 2-14 AD574A的的輸輸入入信信號(hào)號(hào)連連接接方方法法量程調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整0 0 20 0V V輸輸入入- -5 5 +5 V V輸輸入入- -1 10 0 +10V V輸輸入入AGNDAGND7 A/D接口技術(shù)接口技術(shù)lA/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口的主要包括硬件連轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口的主要包括硬件連接及控制程序設(shè)計(jì)。接及控制程序設(shè)計(jì)。l

58、A/D轉(zhuǎn)換器的外部引出線主要包括：轉(zhuǎn)換器的外部引出線主要包括：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出線、選通及狀態(tài)控制線、基準(zhǔn)電源線輸出線、選通及狀態(tài)控制線、基準(zhǔn)電源線及模擬輸入信號(hào)線。及模擬輸入信號(hào)線。lA/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口技術(shù)主要解決四轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口技術(shù)主要解決四個(gè)方面的問題：個(gè)方面的問題：數(shù)據(jù)線連接、控制線連接、數(shù)據(jù)線連接、控制線連接、電源、數(shù)據(jù)傳輸方式。電源、數(shù)據(jù)傳輸方式。l數(shù)據(jù)輸出線的連接方式數(shù)據(jù)輸出線的連接方式 當(dāng)當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)鎖存器及三態(tài)輸轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)鎖存器及三態(tài)輸出控制時(shí)，可出控制時(shí)，可直接掛在直接掛在CPU的數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)總線上； 若若A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部無三態(tài)輸出控制，則必須

59、轉(zhuǎn)換器內(nèi)部無三態(tài)輸出控制，則必須通通過過I/O接口接口，如可編程的并行接口、帶有三態(tài)，如可編程的并行接口、帶有三態(tài)控制的數(shù)據(jù)鎖存器（如控制的數(shù)據(jù)鎖存器（如74LS373等）等。等）等。當(dāng)當(dāng)8位計(jì)算機(jī)與位計(jì)算機(jī)與8位位A/D連接時(shí)，可一次并行連接時(shí)，可一次并行傳送傳送8位數(shù)；而若與位數(shù)；而若與12位或更多位位或更多位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器連接，數(shù)據(jù)必須分時(shí)傳送。連接，數(shù)據(jù)必須分時(shí)傳送。選通信號(hào)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換及讀出控制信號(hào)的連接方法選通信號(hào)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換及讀出控制信號(hào)的連接方法 通過通過片選信號(hào)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)來啟動(dòng)片選信號(hào)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)來啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。信。信號(hào)可以是電平或脈沖沿，可由地址譯碼及讀號(hào)可以是

60、電平或脈沖沿，可由地址譯碼及讀/寫控制寫控制信號(hào)共同產(chǎn)生。信號(hào)共同產(chǎn)生。 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)一般為電平信號(hào)。通常用此信號(hào)向一般為電平信號(hào)。通常用此信號(hào)向CPU申請(qǐng)申請(qǐng)中斷中斷或或CPU對(duì)該信號(hào)態(tài)進(jìn)行對(duì)該信號(hào)態(tài)進(jìn)行查詢查詢，以決定，以決定是否從是否從A/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)。 讀出控制信號(hào)讀出控制信號(hào)控制控制A/D內(nèi)的三態(tài)輸出鎖存器，讀出內(nèi)的三態(tài)輸出鎖存器，讀出A/D轉(zhuǎn)換值。信號(hào)一般由地址線、讀轉(zhuǎn)換值。信號(hào)一般由地址線、讀/寫控制線通過寫控制線通過譯碼器和邏輯電路組合產(chǎn)生。譯碼器和邏輯電路組合產(chǎn)生。注意：必須滿足各種時(shí)序要求。注意：必須滿足各種時(shí)序要求。電源和地線的處理電源