測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)21-輸入

第二章輸入/輸出通道江輝第二章測(cè)控系統(tǒng)的輸入/輸出通道本章內(nèi)容：模擬輸入通道模擬輸出通道開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)第一節(jié)模擬輸入通道（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）

模擬輸入通道是指被測(cè)量與微機(jī)之間的通道，它一般由以下部分組成：傳感器調(diào)理電路采集電路微機(jī)測(cè)控通道

在測(cè)控系統(tǒng)中，一臺(tái)微機(jī)往往要同時(shí)測(cè)量幾個(gè)被測(cè)量，因而測(cè)控系統(tǒng)的輸入通道常常是多路的。按照各路輸入通道是共用一個(gè)采集通道還是每個(gè)通道各用一個(gè)，輸入通道可分為集中采集式和分散采集式。一、輸入通道的分類(lèi)模擬多路切換開(kāi)關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器控制邏輯微機(jī)傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路集中采集式之分時(shí)采集結(jié)構(gòu)：采集電路電路簡(jiǎn)單，成本低，但不能獲得各路信號(hào)同一時(shí)刻的值，適于中、低速采樣系統(tǒng)中。利用多路模擬開(kāi)關(guān)讓多個(gè)被測(cè)對(duì)象共用同一個(gè)采集通道，這就是多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)。工作過(guò)程：各路被測(cè)參數(shù)共用一個(gè)采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。在某一時(shí)刻，多路開(kāi)關(guān)只能選擇其中某一路，把它接入到采樣/保持器的輸入端。當(dāng)采樣/保持器的輸出已充分逼近輸入信號(hào)時(shí)，在控制命令的作用下，采樣保持器由采樣狀態(tài)進(jìn)入保持狀態(tài)，A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢后輸出數(shù)字信號(hào)。在轉(zhuǎn)換期間，多路開(kāi)關(guān)可以將下一路接通到采樣保持器的輸入端。系統(tǒng)不斷重復(fù)上述操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，所用芯片數(shù)量少，它適用于信號(hào)變化速率不高，對(duì)采樣信號(hào)不要求同步的場(chǎng)合。如果信號(hào)變化速率慢，也可以不用采樣保持器。如果信號(hào)比較弱，混入的干擾信號(hào)比較大，還需要使用數(shù)據(jù)放大器和濾波器。集中采集式之多路同步采集結(jié)構(gòu)：模擬多路切換開(kāi)關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持器控制邏輯微機(jī)傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路采樣/保持器采樣/保持器采樣/保持器采集電路電路較復(fù)雜，時(shí)間偏斜誤差小于分時(shí)采樣系統(tǒng)。適于中、低速采樣系統(tǒng)中。特點(diǎn)：各路信號(hào)必須串行的在共用的A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此這種結(jié)構(gòu)的速度仍然較慢。工作過(guò)程：各路信號(hào)共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，但每一路通道都有一個(gè)采樣保持器，可以在同一個(gè)指令控制下對(duì)各路信號(hào)同時(shí)采樣，得到各路信號(hào)在同一時(shí)刻的瞬時(shí)值。模擬開(kāi)關(guān)分時(shí)的將各路采樣保持器輸出信號(hào)接到A/D轉(zhuǎn)換器上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。分散式采集結(jié)構(gòu)傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路傳感器調(diào)理電路采樣/保持器采樣/保持器采樣/保持器A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器控制邏輯計(jì)算機(jī)采集電路電路較復(fù)雜，成本較高。適于對(duì)速度要求較高的采樣系統(tǒng)中。特點(diǎn)：每個(gè)通道都有獨(dú)自的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，各個(gè)通道的信號(hào)可以獨(dú)立采樣和A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)可經(jīng)過(guò)接口電路直接送至計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)采集的速度快。多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用的硬件多、成本高。這種結(jié)構(gòu)形式適用于高速系統(tǒng)、分散系統(tǒng)以及多通道并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

二、傳感器的選用傳感器是信號(hào)輸入通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)需要什么傳感器——系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)要求；其次要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類(lèi)產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，從中挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高的傳感器。對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍相一致。符合整機(jī)對(duì)傳感器精度（通常為系統(tǒng)精度的十倍）和速度的要求；滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的要求（如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等）；滿足可靠性和可維護(hù)性的要求。傳感器的選用將影響輸入通道的具體組成。傳感器小信號(hào)放大修正與變換微機(jī)傳感器V/F光電耦合微機(jī)傳感器I/V濾波A/D小電壓小電流大電壓大電流1）.大信號(hào)輸出傳感器

:為了與A/D輸入要求相適應(yīng)，傳感器廠家開(kāi)始設(shè)計(jì)、制造一些專(zhuān)門(mén)與A/D相配套的大信號(hào)輸出傳感器。

2、數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成，也可以是由敏感參數(shù)R、L、C構(gòu)成的振蕩器，或模擬電壓輸入經(jīng)

V/F轉(zhuǎn)換等，因此，數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳送等優(yōu)點(diǎn)。

傳感器輸出為頻率量或開(kāi)關(guān)量時(shí)的輸入通道。傳感器放大整形光電隔離計(jì)算機(jī)傳感器整形光電隔離計(jì)算機(jī)頻率量輸出開(kāi)關(guān)量輸出3）.集成傳感器：集成傳感器是將傳感器與信號(hào)調(diào)理電路做成一體。例如，將應(yīng)變片、應(yīng)變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體，構(gòu)成集成壓力傳感器。采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信號(hào)調(diào)理任務(wù)，簡(jiǎn)化通道結(jié)構(gòu)。

4）.光纖傳感器：這種傳感器其信號(hào)拾取、變換、傳輸都是通過(guò)光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)的，避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾。在信號(hào)輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)傳感器引入的干擾。三、信號(hào)調(diào)理電路的參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇在一般測(cè)量系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、小信號(hào)放大、濾波外，還有諸如零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)調(diào)理（SignalConditioning），相應(yīng)的執(zhí)行電路統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)調(diào)理電路。信號(hào)調(diào)理的內(nèi)容：小信號(hào)放大濾波零點(diǎn)校正線性化溫度補(bǔ)償誤差修正量程切換前置放大低通陷波高通至采集電路傳感器信號(hào)硬件完成，信號(hào)調(diào)理電路的重點(diǎn)軟件完成典型信號(hào)調(diào)理電路的組成1.前置放大器多數(shù)傳感器輸出信號(hào)都比較小，必須選用前置放大器進(jìn)行放大。判斷傳感器信號(hào)“大”還是“小”和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)是什么？放大器為什么要“前置”,即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？

放大器前置的原因1：使輸入的小信號(hào)不被電路噪聲所淹沒(méi)。前置放大器Ko后級(jí)電路KVISVIN0VINV0SV0N’

在無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，電路的輸出為噪聲。設(shè)電路的放大倍數(shù)為K，則噪聲折算到輸入端即為等效輸入噪聲VIN電路噪聲等效電路噪聲信號(hào)輸出信號(hào)輸入VONVIN=K總輸出噪聲折算到前置放大器輸入端為：若沒(méi)有前置放大器時(shí)信號(hào)剛好被噪聲淹沒(méi)（VIS=VIN），為使輸入信號(hào)不被噪聲淹沒(méi)，應(yīng)VIS>VIN’，即VIN>VIN’解得：即前置電路必須是放大器

放大器前置的原因2：防止濾波器的噪聲被放大器放大。VINI放大器×K濾波器×1VIN0V0NVIN0濾波器×1放大器×KVINIV0N’

放大器前置時(shí)，電路的等效輸入噪聲為：

放大器后置時(shí)，電路的等效輸入噪聲為：放大器前置有利于減少噪聲！【例2－1】已知DFS-V數(shù)字地震儀的地震數(shù)據(jù)采集電路由前置放大器、濾波器、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、浮點(diǎn)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器五個(gè)部件串接而成，五個(gè)部件的等效輸入噪聲分別為：0.085μV、9μV、0μV(可忽略不計(jì))、7μV、177μV，浮點(diǎn)放大器放大倍數(shù)浮動(dòng)范圍為～，前置放大器的放大倍數(shù)分20、80、320三檔，畫(huà)出DFS-V數(shù)字地震儀的地震數(shù)據(jù)采集電路組成框圖，并計(jì)算該數(shù)字地震儀的等效輸入噪聲。

圖中五個(gè)部件的噪聲可以視做采集電路內(nèi)部五個(gè)不相關(guān)的噪聲源，它們本身的等效輸入噪聲分別為：、、(可忽略不計(jì))、、五個(gè)部件的放大倍數(shù)分別為：（三檔）；；～

因數(shù)字地震儀的等效輸入噪聲反映地震儀接收最弱信號(hào)的能力，而在接收最弱信號(hào)時(shí)浮點(diǎn)放大器取最大增益，故應(yīng)取計(jì)算等效輸入噪聲。將五個(gè)部件的本身的等效輸入噪聲值、（三檔）和代入上式計(jì)算得總等效輸入噪聲：

前置放大器增益地震儀的等效輸入噪聲200.5880

0.166320

0.092信號(hào)調(diào)理通道中常用的放大器在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中，針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn)，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求，目前使用較多的放大器有儀用放大器(INA114/115)、程控增益放大器(LH0084)以及隔離放大器等。

放大器(Amplifier)是信號(hào)調(diào)理電路中的重要元件，合理選擇使用放大器是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。智能儀器常工作于惡劣環(huán)境中，要求放大電路兼有高輸入阻抗、高共模抑制比、低功耗等特性。程控放大器、測(cè)量放大器、隔離放大器等是智能儀器中常用的放大器。

2.3.1程控放大器

在通用測(cè)量?jī)x器中，為了適應(yīng)不同的工作條件，在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲得合適的分辨率，提高測(cè)量精度，常采用可變?cè)鲆娣糯笃?。智能儀器含有微處理器，用儀器內(nèi)置的程序控制放大器的增益稱(chēng)為程控增益放大器（Programmable-GainAmplifer），簡(jiǎn)稱(chēng)程控放大器(PGA）。下頁(yè)上頁(yè)返回放大器分類(lèi)程控反相放大器、程控同相放大器等（1）程控反相放大器

由理想運(yùn)放條件，有

2.4反相放大電路下頁(yè)上頁(yè)返回

2.5反相程控放大電路

如圖2.5所示，虛線框?yàn)槟M開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)的閉合位置受控制信號(hào)C1、C2的控制，反饋電阻又隨開(kāi)關(guān)位置而變，從而實(shí)現(xiàn)放大器的增益由程序控制。當(dāng)放大倍數(shù)小于1時(shí)，程控反相放大器構(gòu)成程控衰減器。下頁(yè)上頁(yè)返回(2)程控同相放大器

2.6同相放大電路

圖2.6為一般同相放大器的基本原理，類(lèi)似的可導(dǎo)出同相放大器的增益。

改變Rf或R1，同樣可改變放大器的增益，但同相放大器只能構(gòu)成增益放大器，不能構(gòu)成衰減放大器。下頁(yè)上頁(yè)返回

2.7程控同相放大電路

下圖2.7為利用8選1集成模擬開(kāi)關(guān)CD4051構(gòu)成程控同相放大器的原理電路，圖中，C、B、A為通道選擇輸入端，其狀態(tài)由程序（D2、D1、D0的狀態(tài)）控制，C、B、A不同的編碼組合決定開(kāi)關(guān)與哪一通道接通，從而選擇R0～R7之間的某個(gè)電阻接入電路。實(shí)現(xiàn)程控增益的功能。下頁(yè)上頁(yè)返回3．集成程控放大器

集成程控放大器種類(lèi)繁多，如單端輸入的PGA103PGA100；差分輸入的PGA204、PGA205等。本節(jié)介紹BURR－BROWN公司的PGA202/203程控放大器，它應(yīng)用靈活方便，又無(wú)需外圍芯片，而且PGA202與PGA203級(jí)聯(lián)使用可組成從1～8000倍的16種程控增益。（1）性能特點(diǎn)●數(shù)字可編程控制增益：PGA202的增益倍數(shù)為1，10，100，1000；PGA203的增益倍數(shù)為1，2，4，8返回下頁(yè)上頁(yè)●增益誤差：G<1000

0.05％～0.15％，G=10000.08％～0.1％；

●非線性失真：G=10000.02％～0.06％。

●快速建立時(shí)間：2μs。

●快速壓擺率：20V/μs●共模抑制比：80～94dB。

●頻率響應(yīng)：G<10001MHz；G=1000250kHz。

●電源供電范圍：±6～±18V。

下頁(yè)上頁(yè)返回（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

GA202/203采用雙列直插封裝，根據(jù)使用溫度范圍的不同，分為陶瓷封裝(－25～＋85℃)和塑料封裝(0～＋70℃)兩種。引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.8所示：

圖2.8PGA202/203引腳排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖下頁(yè)上頁(yè)返回

其中，A0、A1為增益數(shù)字選擇輸入端，與TTL、CMOS電平兼容，可以和任何單片機(jī)的I/O口直接相連，其增益選擇及增益誤差見(jiàn)表2.1。表2.1增益選擇及誤差

除表中提供的幾種增益外，PGA202/203外接如圖2.9所示的緩沖器及衰減電阻，改變電阻R1與R2的比值，可獲得更多不同的增益，增益與電阻的關(guān)系為圖2.9改變外接電阻獲得可變?cè)鲆鎴D下頁(yè)上頁(yè)返回（3）PGA202基本用法

PGA202不需任何外部調(diào)整元件就能可靠工作。但為了保證效果更好，在正、負(fù)電源端分別連接一個(gè)1μF的旁路鉭電容到模擬地，且盡可能靠近放大器的電源引腳，如圖2.10所示，由于11腳、4腳上的連線電阻都會(huì)引起增益誤差，因此11、4腳連線應(yīng)盡可能短。圖2.10PGA202的基本用法下頁(yè)上頁(yè)返回

PGA202/203與比較器、二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器連接可構(gòu)成自動(dòng)增益控制電路，如圖2.11所示。

圖2.11利用PGA202自動(dòng)增益控制電路下頁(yè)上頁(yè)返回

將PGA202和PGA203兩片級(jí)聯(lián)，如圖2.12所示，A3、A2、A1、A0組合可有16種狀態(tài)，可在1～8000范圍內(nèi)選擇16種增益。圖2.12PGA202/203級(jí)聯(lián)電路下頁(yè)上頁(yè)返回4.儀用放大器

在智能儀器中，常常需要精確放大帶有一定共模干擾的微弱的差模信號(hào)，要求放大電路輸入阻抗和共模抑制比高、誤差小、穩(wěn)定性好。這種用來(lái)放大傳感器輸出的微弱電壓或電流信號(hào)的放大電路稱(chēng)為儀用放大電路（測(cè)量放大電路）。1．儀用放大器原理

儀用放大器(InstrumentationAmplifier)由3個(gè)運(yùn)算放大器組成，它由三個(gè)通用運(yùn)算放大器構(gòu)成，第一級(jí)為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的同相放大器，第二級(jí)是一個(gè)差動(dòng)放大器。如下圖2.13所示下頁(yè)上頁(yè)返回圖2.13儀用放大器原理儀用放大器上下對(duì)稱(chēng)，即圖中R1=R2，R4=R6，R5=R7?？梢酝茖?dǎo)出儀用放大器的閉環(huán)增益為由上圖得到運(yùn)放的放大倍數(shù),

上頁(yè)返回下頁(yè)

將前述的可編程增益放大器PGA202/203的輸入端接上運(yùn)放（如OPA27）及電阻網(wǎng)絡(luò)，可組成低噪聲的差分儀用放大器，如圖2.14所示。圖中使用PGA203由于電阻網(wǎng)絡(luò)的存在，所得到的放大倍數(shù)分別是100、200、400、800，即在原PGA203增益的基礎(chǔ)上增加了100倍。適當(dāng)改變200Ω的電阻，還可得到其他放大倍數(shù)。圖2.14由OPA27及PGA203構(gòu)成的可變?cè)鲆鎯x用放大器下頁(yè)返回上頁(yè)2.集成儀用放大器集成儀用放大器有美國(guó)AnalogDevice公司的522、AD512、AD620、AD623、AD8221，BB公司的INA114、118；MAXIM公司的MAX4195、4196、4197等。其中，INA114是一種通用儀用放大器，尺寸小、精度高、價(jià)格低。主要性能如下：●失調(diào)電壓低（≤50μV）●漂移小（≤0.25μV/℃）●輸入偏置電流低（≤2nA）●共模抑制比高（G=1000時(shí)≥115dB）下頁(yè)返回上頁(yè)●工作溫度

-40℃～+125℃●靜態(tài)電流?。ā?mA）●內(nèi)部輸入保護(hù)能夠長(zhǎng)期耐受±40V電壓●工作電壓范圍寬（±2.25V～±18V），可使用電池（組）或5V單電源供電系統(tǒng)，只需一個(gè)外部電阻就可以設(shè)置1至10000之間的任意增益值

INA114的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.16所示，基本連接方法如下圖2.17所示。下頁(yè)返回上頁(yè)圖2.16INA114內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.17INA114的基本連接方法下頁(yè)上頁(yè)返回內(nèi)部設(shè)有過(guò)壓保護(hù)電路，采用A1、A2及A3三個(gè)運(yùn)放組合結(jié)構(gòu)。圖11（b)為其基本接法。增益A通過(guò)外接電阻RG來(lái)調(diào)控，并由式確定。INA115的電路結(jié)構(gòu)、基本接法與INA114基本相同。在靠近電源引腳處連接的去耦合電容主要用于噪聲或高阻電源場(chǎng)合，其輸出其中G為增益“50kΩ”是兩個(gè)內(nèi)部反饋電阻之和，這兩個(gè)電阻為金屬膜電阻，已用激光調(diào)整到精確的值。增益的精確度和漂移額定值中包含了這兩個(gè)電阻的精確度和溫度系數(shù)；為外部電阻，其穩(wěn)定性和溫漂也對(duì)增益有影響。從（式2-7）可見(jiàn)，增益越高，需要的阻值越低，所以接線電阻也很重要，線路上增加的插座會(huì)使增益誤差額外地增加，并且很可能是不穩(wěn)定的誤差。返回上頁(yè)下頁(yè)（2）典型應(yīng)用

圖12為熱電偶傳感器與INA114連接的應(yīng)用電路。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)T過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)增加低通濾波電路，以免噪聲電壓損壞器件。增益要根據(jù)具體所選的熱電偶的類(lèi)型而定。

圖13是由INA114構(gòu)成的具有高共模抑制能力的典型差分電路。其放大倍數(shù)為10，輸出電壓UO等于10×（U2-U1）。該電路可直接用于壓力、應(yīng)變、溫度、生物電等模擬量的測(cè)量。其中運(yùn)放可選用OPA602或OP07等器件。這種電路對(duì)電源的共模干擾有較強(qiáng)的抑制能力，適用于測(cè)量微弱信號(hào)。

圖12INA114基本測(cè)量電路圖13由INA114構(gòu)成的典型差分電路5.隔離放大器

隔離放大器(IsolationAmplifier)輸出端和輸入端各自具有不同的電位參考點(diǎn)、即輸入端和輸出端沒(méi)有直接的電耦合，而是通過(guò)光、變壓器或電容等耦合元件耦合。輸入端和輸出端的絕緣電壓一般達(dá)1000V以上，絕緣電阻達(dá)數(shù)十ΜΩ。因此輸入端的干擾不會(huì)直接到達(dá)輸出端，多路通道使用隔離放大器時(shí)相互之間不會(huì)影響。當(dāng)儀器工作環(huán)境噪聲較大而信號(hào)較小時(shí)，采用隔離放大器可保護(hù)電子儀器設(shè)備和人身安全，提高共模抑制比，獲得較精確的測(cè)量結(jié)果。返回上頁(yè)下頁(yè)隔離放大器的符號(hào)如圖2.18所示

圖2.18隔離放大器的符號(hào)按耦合器件的不同，可分為光電耦合、變壓器耦合和電容耦合三種。1、光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器以光為耦合媒介，輸入與輸出在電氣上完全隔離，通過(guò)光信號(hào)的傳遞實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞。

返回上頁(yè)下頁(yè)圖2.19為光電隔離放大器基本原理，輸入級(jí)激勵(lì)發(fā)光管，由光電管將光信號(hào)耦合到輸出級(jí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，保證了輸入和輸出間的電氣隔離。其輸入、輸出級(jí)之間不能有電的連接，即前、后級(jí)不能共用電源和地線。圖2.19光電隔離放大器基本原理返回上頁(yè)下頁(yè)

采用光電耦合原理的隔離放大器有BURR-BROWN公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)BB公司）的ISO100、ISO130、3650、3652、惠普公司(HP)的HCPL7800/7800A/7800B等。為簡(jiǎn)化電路、節(jié)省空間、降低成本、提高性能，有一些隔離放大器提供了內(nèi)置DC/DC變換器，給使用者提供更大的靈活性，如BB公司的IS0212、ISO213、AnalogDevices公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AD公司)的AD202，AD204、AD210、AD215等。本節(jié)介紹BB公司生產(chǎn)的光電隔離放大器3650，其電路原理如下圖2.20所示

返回上頁(yè)下頁(yè)圖2.20光電隔離放大器3650的電路原理圖理想運(yùn)算放大器A1和光電二極管、發(fā)光二極管構(gòu)成負(fù)反饋回路，用于減小非線性和時(shí)間溫度的不穩(wěn)定性。由理想運(yùn)放特性知；VD1、VD3分別為輸入端和輸出端的兩個(gè)性能匹配的光電二極管，它們從發(fā)光二極管

返回上頁(yè)下頁(yè)VD2接收到的光量相等，即，有，則輸出回路中，放大器A2與內(nèi)置電阻（）構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換電路，有可見(jiàn)，輸出與輸入成線性關(guān)系。只要CR1、CR3一致性得到保證，信號(hào)的耦合就不會(huì)受光電器件的影響。返回上頁(yè)下頁(yè)2、變壓器耦合隔離放大器

變壓器耦合隔離放大器的輸入部分和輸出部分采用變壓器耦合，信息傳送通過(guò)磁路實(shí)現(xiàn)。典型的隔離放大器原理如圖2.21所示圖2.21隔離放大器原理圖返回上頁(yè)下頁(yè)

輸入級(jí)將傳感器送來(lái)的信號(hào)濾波和放大，并調(diào)制成交流信號(hào)，通過(guò)隔離變壓器耦合到輸出級(jí)；輸出級(jí)把交流信號(hào)解調(diào)成直流信號(hào)，再經(jīng)濾波和放大，輸出直流電壓。放大器的兩個(gè)輸入端浮空，能夠有效地起測(cè)量放大器的作用。

變壓器耦合的隔離放大器有BB公司的ISO212、3656，AD公司的AD202、AD204、AD210、AD215等。其中AD202/AD204是一種微型封裝的精密隔離放大器，具有精度高、功耗低、共模性能好、體積小和價(jià)格低等特點(diǎn)。返回上頁(yè)下頁(yè)AD202功能框圖如圖2.22所示，芯片由放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、整流和濾波、電源變換器等組成。

圖2.22AD202內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖返回上頁(yè)下頁(yè)表2.2AD202引腳功能返回上頁(yè)下頁(yè)3、電容耦合隔離放大器

采用電容耦合的隔離放大器如BB公司的ISO102、ISO103、ISO106、ISO107、ISO113、ISO120、ISO121、ISO122等。其中，1SO122采用常規(guī)的雙列式封裝，價(jià)格便宜、使用方便。主要技術(shù)指標(biāo)如下：●額定隔離電壓≥1500V（交流60Hz連續(xù)）

●隔離阻抗●輸入電壓范圍±12.5V●輸入電阻200kΩ●輸出電源范圍±12.5V返回上頁(yè)下頁(yè)

ISO122的原理框圖如圖2.23所示。輸入和輸出電路對(duì)稱(chēng)，由基本積分電路（分別由A1、A2組成）、檢測(cè)放大器、滯回比較器及電流開(kāi)關(guān)K1、K2組成。輸入和輸出部分通過(guò)兩個(gè)匹配的1pF電容耦合形成模擬信號(hào)的電氣隔離。圖2.23ISO122的原理框圖返回上頁(yè)下頁(yè)

當(dāng)檢測(cè)放大器控制開(kāi)關(guān)K1接通時(shí)，恒流源電流流入A1反相輸入端節(jié)點(diǎn)，恒流源電流流出該節(jié)點(diǎn)。使通過(guò)150pF積分電容的電流為當(dāng)檢測(cè)放大器A3控制開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)時(shí)，電流不流入A1反相輸入端節(jié)點(diǎn)，只有電流流出該節(jié)點(diǎn)，積分電流為（式2-8）（式2-9）

由（式2-8）和（式2-9）可知，當(dāng)時(shí)，積分器A1對(duì)（或）電流積分，輸出（或）恒流對(duì)150pF電容充電所形成的線性斜坡電壓信號(hào)，當(dāng)信號(hào)達(dá)到滯回比較器的閾值電壓時(shí)，滯回比較器輸出上頁(yè)下頁(yè)返回滯回比較器輸出翻轉(zhuǎn)，通過(guò)兩個(gè)匹配的1pF電容耦合至檢測(cè)放大器A3輸入端，A3輸出控制電流開(kāi)關(guān)K1斷（或通），從而將送入積分器A1的電流由改變?yōu)椋ɑ蛴筛淖優(yōu)椋?。重?fù)上述過(guò)程。A1將輸出對(duì)稱(chēng)的三角波，滯回比較器(振蕩頻率由內(nèi)部振蕩器控制為500kHz)和檢測(cè)放大器輸出占空比為0.5的對(duì)稱(chēng)方波，使電流開(kāi)關(guān)的通、斷時(shí)間完全相等。當(dāng)時(shí)，除去恒流外，還有與成比例的電流注入積分電容，A1輸出波形的上升和下降速率不同，使滯回比較器輸出波形的占空比不再為0.5，電流開(kāi)關(guān)的通、斷時(shí)間相應(yīng)變化。這時(shí)，比較器輸出的是占空比與輸入信號(hào)的大小和極性成比例的脈沖調(diào)寬信號(hào)，即將輸入模擬量調(diào)制成脈沖調(diào)寬的數(shù)字信號(hào)。下頁(yè)上頁(yè)返回6.濾波器

(1)隔直電容的作用-為隔離電路的零點(diǎn)漂移，通常用隔直電容的方法，如圖所示。調(diào)理電路+采集電路電壓跟隨器隔直電容—A

隔直電容與電壓跟隨器的等效電阻組成一個(gè)高通濾波器，其截止頻率為：

測(cè)控系統(tǒng)中根據(jù)需要還可能設(shè)置其他的濾波器，此時(shí)電路的截止頻率由所有的濾波電路決定。2、高通濾波器――濾除低頻干擾，其截止頻率應(yīng)高于需要濾除的干擾頻率。

3、陷波器――抑制交流電干擾。陷波頻率應(yīng)等于交流電干擾的頻率――50Hz。4、低通濾波器――“去混淆”，即在采樣前先濾除高頻干擾，防止高頻分量被采樣而折迭到信號(hào)頻段產(chǎn)生“混淆”。(1）“混淆”產(chǎn)生的原因――被采樣頻譜中含有高于折迭頻率fs／2的頻率分量(2）“混淆”的危害――被采樣頻譜中高于fs／2的頻率分量采樣后會(huì)沿fs／2折迭到(fs-fc)～fs/2頻段對(duì)信號(hào)形成干擾。（3）“混淆”的消除――在采樣之前先用一個(gè)低通濾波器把高于fs／2的頻率分量濾掉。該低通濾波器稱(chēng)為“去混淆濾波器”消除采樣引起的信號(hào)失真的條件被采樣信號(hào)的最高頻率必須為有限值采樣頻率要大于被采樣信號(hào)最高頻率的兩倍采樣引起的信號(hào)失真是由于被采樣頻譜中含有高于fs/2的頻率分量，因此濾波器的目的是要濾除掉這部分頻率分量，或限制這部分頻率分量的幅值，使其很微弱。濾波器截止頻率和斜率的確定四、采集電路的參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇采集電路的關(guān)鍵部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬多路開(kāi)關(guān)（模擬多路選擇器）和采樣保持器S/H視具體測(cè)控問(wèn)題決定是否需要。若被測(cè)信號(hào)恒定或變化緩慢，就不需要S/H.如多路模擬信號(hào)共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，且各模擬信號(hào)的幅值差異較大，就必須在信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器前設(shè)置程控增益放大器。被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化被測(cè)信號(hào)隨道間變化適用的集中式采集電路方案否否(a)否是(b)是否(c)是是(d)

模擬多路開(kāi)關(guān)(Analogswitches)也稱(chēng)多路轉(zhuǎn)換器(Multiplexer)，主要用于信號(hào)的切換，是輸入通道的重要元件之一。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)變化較為緩慢的模擬量輸入時(shí)，常常利用模擬多路開(kāi)關(guān)將各路模擬量分時(shí)與放大器、A／D轉(zhuǎn)換器等接通，利用一片A／D轉(zhuǎn)換器可完成多個(gè)模擬輸入信號(hào)的依次轉(zhuǎn)換，提高硬件電路的利用率，節(jié)省成本。

分類(lèi)為機(jī)械觸點(diǎn)式和集成模擬電子開(kāi)關(guān)

下頁(yè)上頁(yè)返回一、模擬多路開(kāi)關(guān)（一）、模擬多路開(kāi)關(guān)的性能指標(biāo)1、通道數(shù)量。集成模擬開(kāi)關(guān)通常包括多個(gè)通道，通道數(shù)量對(duì)傳輸信號(hào)的精度和開(kāi)關(guān)切換速率有直接的影響，通道數(shù)量越多，寄生電容和泄漏電流越大。2、泄漏電流。指開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)流過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的電流。一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)要求導(dǎo)通時(shí)電阻為零，斷開(kāi)時(shí)電阻趨于無(wú)限大，漏電流為零。但由于實(shí)際開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電阻不為無(wú)限大，導(dǎo)致泄漏電流不為零。一般希望泄漏電流越小越好。3、導(dǎo)通電阻。指開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的電阻。導(dǎo)通電阻會(huì)損失信號(hào)，使精度降低，尤其是當(dāng)開(kāi)關(guān)串聯(lián)的負(fù)載為低阻抗時(shí)損失會(huì)更大。因此，導(dǎo)通電阻的一致性越好，系統(tǒng)在采集各路信號(hào)時(shí)由開(kāi)關(guān)引起的誤差越小。下頁(yè)上頁(yè)返回4、開(kāi)關(guān)速度。指開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)的速度。對(duì)于頻率較高的信號(hào)，要求模擬開(kāi)關(guān)的切換速度快，同時(shí)還應(yīng)考慮與后級(jí)采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器的速度相適應(yīng)，從而以最優(yōu)的性能價(jià)格比選擇器件。

除上述指標(biāo)外，芯片的電源電壓范圍也是一個(gè)重要參數(shù)，它與開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和切換速度等有直接關(guān)系。電源電壓越高，切換速度越快，導(dǎo)通電阻越小。反之，導(dǎo)通電阻越大。（二）集成模擬多路開(kāi)關(guān)

目前已有多種型號(hào)的集成模擬多路開(kāi)關(guān)，如CD4051（雙向、8路）、CD4052（單向、差動(dòng)4路）、AD7501（單向、8路）、AD7506（單向、16路）等。它們功能相似，僅在某些參數(shù)和性能指標(biāo)上有所差異。

下頁(yè)上頁(yè)返回1、八通道單向模擬多路開(kāi)關(guān)AD7501AD7501是一種8路輸入、一路輸出的CMOS集成芯片，導(dǎo)通電阻為170～300Ω，漏電流為0.2～2nA，導(dǎo)通截止時(shí)間典型值為0.8μs，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖2.25所示圖2.25AD7501內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖下頁(yè)上頁(yè)返回

為通道選擇輸入端，其狀態(tài)的組合決定輸出端OUT與八路模擬輸入信號(hào)S1～S8中的哪一路接通，真值表見(jiàn)表2.3。

表2.3

AD7501真值表下頁(yè)上頁(yè)返回2、八通道雙向模擬多路開(kāi)關(guān)CD4051

CD4051為8通道單刀結(jié)構(gòu)形式，允許雙向使用，可用于多到一的切換輸出，也可用于一到多的切換輸出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.26所示。圖2.26CD4051內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖下頁(yè)上頁(yè)返回輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1×××均不接通表2.4CD4051真值表下頁(yè)上頁(yè)返回

其中VEE是負(fù)電源端，用于電平移位。當(dāng)VSS=0V時(shí)，使得在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制開(kāi)關(guān)，切換幅度在VEE到VDD之間的模擬信號(hào)，最大峰—峰值達(dá)15V。典型電平移位連接方法如圖2.27所示圖2.27典型電平移位連接圖下頁(yè)上頁(yè)返回3、雙四路模擬開(kāi)關(guān)CD4052

CD4052相當(dāng)于一個(gè)雙刀四擲開(kāi)關(guān)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖2.28所示。

圖2.28CD4052內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖下頁(yè)上頁(yè)返回輸入狀態(tài)接通通道INHBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1××均不接通表2.5CD4052真值表下頁(yè)上頁(yè)返回（三）模擬開(kāi)關(guān)的通道擴(kuò)展

實(shí)際使用中，有時(shí)輸入模擬信號(hào)數(shù)量較多，一片模擬開(kāi)關(guān)不夠用，需要使用多個(gè)集成模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道擴(kuò)展，以滿足使用要求。圖2.29為利用兩片CD4051將8路開(kāi)關(guān)擴(kuò)展成16路開(kāi)關(guān)的原理圖。

圖2.29模擬開(kāi)關(guān)通道擴(kuò)展連接圖下頁(yè)上頁(yè)返回CD4501為8路模擬開(kāi)關(guān)，如果使用的通道數(shù)超過(guò)8個(gè)，就需要進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有二種：方法1：將n片CD4501加以組合，用門(mén)電路組成地址譯碼器，產(chǎn)生n個(gè)選址信號(hào)（相當(dāng)于片選信號(hào)，低電平有效），分別接各片CD4501的禁止端，即可擴(kuò)展為8n個(gè)。例1：用CD4051實(shí)現(xiàn)32路選1電路

邏輯關(guān)系參見(jiàn)下表

方法2：將n片CD4501加以組合，采用集成的地址譯碼器產(chǎn)生n個(gè)選址信號(hào)。例2：用兩個(gè)8選1開(kāi)關(guān)CD4051實(shí)現(xiàn)16選1

工作過(guò)程：16選1需要4位二進(jìn)制地址輸入，即A0、A1、A2、A3?，F(xiàn)將高位地址A3作為芯片片選信號(hào)，控制CD4051的使能端INH。當(dāng)A3=0時(shí)，芯片U2被選中，芯片U1被禁止，控制器74HC193發(fā)出8個(gè)地址為0000、0001、0010、……、0111，低3位地址碼依次選擇芯片U2的8個(gè)通道。當(dāng)A3=1時(shí)，芯片U1被選中，芯片U2被禁止，控制器74HC193發(fā)出8個(gè)地址為0000、0001、0010、……、0111，低3位地址碼依次選擇芯片U1的8個(gè)通道，這樣就實(shí)現(xiàn)了16選1。

4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器

TCD：借位輸出端（低電平有效）；TCU：進(jìn)位輸出端（低電平有效）；PL：預(yù)置數(shù)據(jù)控制端（低電平有效）；P0-P3：預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端；QAQBQCQD：計(jì)數(shù)輸出端；MR:清零端；CU：加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端；CD：減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端；d0d1d2d3：P0-P3的穩(wěn)態(tài)輸入電平；H：高電平；L：低電平；×：任意電平；↑：低到高電平跳變

HC193具有異步清零功能，當(dāng)清除端MR為高電平時(shí)，不管計(jì)數(shù)時(shí)鐘（CU、CD）狀態(tài)如何，所有計(jì)數(shù)輸出（QAQBQCQD）均為低電平。HC193的預(yù)置功能也是異步的，但預(yù)置數(shù)據(jù)控制端PL為低電平時(shí)，QAQBQCQD將隨數(shù)據(jù)輸入（P0P1P2P3）一起變化，同步計(jì)數(shù)方式消除了異步計(jì)數(shù)器常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。計(jì)數(shù)方向由計(jì)數(shù)時(shí)鐘確定。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢（為15）并且CU為低電平時(shí)，進(jìn)位輸出TCU產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)下溢（為0）并且CD為低電平時(shí)，借位輸出TCD產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖。

（一）采樣保持器原理采樣是對(duì)模擬信號(hào)周期性的抽取樣值，使模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的脈沖串，采樣值的大小取決于采樣時(shí)間內(nèi)輸入模擬信號(hào)的大小。采樣定義：下頁(yè)上頁(yè)返回

二、采樣保持器1.采樣-保持電路工作過(guò)程●當(dāng)VL為高電平（VL=1）時(shí)：開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通，輸入模擬信號(hào)Vi對(duì)保持電容CH充電,當(dāng)VL=1的持續(xù)時(shí)間tw遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電容CH的充電時(shí)間常數(shù)時(shí)，在tw時(shí)間內(nèi),CH上的電壓Vc跟隨輸入電壓Vi的變化，使輸出電壓Vo=Vc=Vi，這段時(shí)間為采樣時(shí)間?！癞?dāng)VL為低電平（VL=0）時(shí)：開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，存儲(chǔ)在上CH的電荷不會(huì)泄露，CH上的電壓Vc保持不變，使輸出電壓Vo能保持采樣結(jié)束瞬時(shí)的電壓值，這段時(shí)間為保持時(shí)間。當(dāng)VL為低電平（VL=0）時(shí)：開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，存儲(chǔ)在上CH的電荷不會(huì)泄露，CH上的電壓Vc保持不變,使輸出電壓Vo能保持采樣結(jié)束瞬時(shí)的電壓值，這段時(shí)間為保持時(shí)間。采樣和保持電路輸出隨輸入變化波形采樣／保持器是一種用邏輯電平控制其工作狀態(tài)的器件，它具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)：(1)跟蹤狀態(tài)。在此期間它盡可能快地接收模擬輸入信號(hào)，并精確地跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止。(2)保持狀態(tài)。對(duì)接收到保持指令前一瞬間的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行保持。2、設(shè)置采樣保持器的必要性（1）不設(shè)置采樣保持器時(shí)，待轉(zhuǎn)換信號(hào)允許的最高頻率很低，由下式?jīng)Q定

（2）設(shè)置采樣保持器后，待轉(zhuǎn)換信號(hào)允許的最高頻率大大提高，由下式?jīng)Q定

結(jié)論：若被轉(zhuǎn)換信號(hào)是直流電壓或變化極其緩慢，可以不在ADC前加設(shè)S/H。否則，就要在ADC前加設(shè)S/H。S/H把采樣幅值保持下來(lái)，ADC在S/H保持期間把保持的采樣幅值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)碼

下頁(yè)上頁(yè)返回將采樣保持電路的元器件集成在一片芯片上可構(gòu)成集成采樣保持器(SampleandHolder)。集成采樣保持器種類(lèi)很多，常用的集成芯片有LF198/298/398、AD582等。其中LF198/298/398這三種芯片工作原理相同，僅參數(shù)有所差異。（二）

集成采樣保持器LF398內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)運(yùn)算放大器，接成單位增益的電壓跟隨器，S是模擬開(kāi)關(guān)，是比較器，當(dāng)邏輯控制端IN（+）為“1”時(shí)S閉合，輸出跟隨輸入變化，處于采樣狀態(tài)；當(dāng)IN（+）為“0”時(shí)，S斷開(kāi)，輸出不隨輸入而變化，呈保持狀態(tài)。LF398的典型連接方法2腳接1kΩ電阻，用于調(diào)節(jié)漂移電壓；7腳接地，8腳接控制信號(hào)?！霎?dāng)控制信號(hào)大于1.4V時(shí)，LF398處于采樣狀態(tài)；■當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，處于保持狀態(tài)。6腳外接保持電容保持電容可選用漏電流小的聚苯乙烯電容、云母電容或聚四氟乙烯電容，其數(shù)值直接影響采樣時(shí)間及保持精度。增加保持電容CH的容量可提高精度，但會(huì)使采樣時(shí)間加長(zhǎng)?！舢?dāng)精度要求不高（±1%）而速度要求較高時(shí)，CH可小至100pF?！舢?dāng)精度要求高（±0.01%），如與12位A/D相配合時(shí)，為減小下降誤差和干擾，應(yīng)取CH＝1000pF。下頁(yè)上頁(yè)返回（三）

采樣保持器主要性能指標(biāo)當(dāng)采樣／保持器從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)到跟蹤狀態(tài)時(shí)，采樣／保持器的輸出從保持狀態(tài)的值變到當(dāng)前的輸入值所需的時(shí)間。如圖2.34所示。捕捉時(shí)間tAC（AcquisitionTime）保持指令發(fā)出瞬間到模擬開(kāi)關(guān)有效切斷所經(jīng)歷的時(shí)間。是由模擬開(kāi)關(guān)從閉合到完全斷開(kāi)需要一定的時(shí)間，當(dāng)接到保持指令時(shí)，采樣/保持器的輸出并不保持在指令發(fā)出瞬時(shí)的輸入值上，而會(huì)跟著輸入變化一段時(shí)間?？讖綍r(shí)間tAP（ApertureTime）下頁(yè)上頁(yè)返回孔徑時(shí)間的變化范圍，即孔徑時(shí)間不是恒定的，而是在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化的。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，CH上的值不穩(wěn)定，在tAP后，輸出還有一段波動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段穩(wěn)定時(shí)間（tST）后才保持穩(wěn)定。為了量化的準(zhǔn)確，應(yīng)在發(fā)出保持指令后延遲一段時(shí)間（延遲時(shí)間應(yīng)≥穩(wěn)定時(shí)間），再啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換?？讖讲欢〞r(shí)間△tAP（ApertureJitter）孔徑誤差采樣／保持器實(shí)際保持的輸出值與理想輸出值之差下頁(yè)上頁(yè)返回在保持狀態(tài)下，由于保持電容器上電荷的泄漏而使保持電壓下降，在集成芯片中，通常用泄漏電流來(lái)表示；也可用電壓下降率來(lái)表示，保持電壓的下降率計(jì)算公式為：保持電壓下降率下頁(yè)上頁(yè)返回采樣保持器性能指標(biāo)例：用采樣／保持器芯片AD582和A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD574組成一個(gè)采集系統(tǒng)。已知AD582的孔徑時(shí)間tAP=50ns，AD574的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=25us，計(jì)算不用采樣保持器和使用采樣保持器兩種情況下系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率。假設(shè)對(duì)正弦信號(hào)采樣。解：不用采樣保持器：由式(8—3)知加采樣／保持器后，這樣就變成在△t=tAP內(nèi)，即在采樣／保持器的孔徑時(shí)間內(nèi)討論系統(tǒng)可采集模擬信號(hào)的最高頻率?？紤]對(duì)正弦信號(hào)采樣，則在n位A／D轉(zhuǎn)換器前加上采樣／保持器后，系統(tǒng)可采集的信號(hào)最高頻率為：

使用采樣／保持器后，系統(tǒng)能對(duì)頻率不高于38.875KHz正弦信號(hào)進(jìn)行采樣，使系統(tǒng)可采集的信號(hào)頻率提高了許多倍，大大改善了系統(tǒng)的采樣速率。結(jié)論：孔徑時(shí)間tAP一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV，所以，加上采樣／保持器后的系統(tǒng)可采集的信號(hào)最高頻率要大于未加采樣／保持器的系統(tǒng)。三、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇1、選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)需要考慮A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)A/D轉(zhuǎn)換的速度A/D轉(zhuǎn)換器工作的環(huán)境（溫度、功耗、可靠性）A/D轉(zhuǎn)換的輸出（串行、并行），與選用的計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)有關(guān)。A/D轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型按被轉(zhuǎn)換的模擬量類(lèi)型可分為時(shí)間/數(shù)字、電壓/數(shù)字、機(jī)械變量/數(shù)字等。應(yīng)用最多的是電壓/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。按轉(zhuǎn)換方式可分為：直接轉(zhuǎn)換、間接轉(zhuǎn)換。直接轉(zhuǎn)換：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，間接轉(zhuǎn)換：將模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。按輸出方式分可分為：并行、串行、串并行。按轉(zhuǎn)換原理可分為：計(jì)數(shù)式、雙積分式、逐次逼近式。按轉(zhuǎn)換速度可分為：低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≥1s）、中速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤lms）、高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≥1μs）和超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤1ns）按轉(zhuǎn)換精度和分辨率可分為：3位、4位、8位、10位、12位、14位、16位

A/D轉(zhuǎn)換器常用以下幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其質(zhì)量水平。

(1)分辨率

ADC的分辨率定義為ADC所能分辨的輸入模擬量的最小變化量。8位的分辨率為

(2)轉(zhuǎn)換時(shí)間

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間定義為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。

(3)精度①絕對(duì)精度絕對(duì)精度定義為：對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生一個(gè)給定的輸出數(shù)字碼，理想模擬輸入電壓與實(shí)際模擬輸入電壓的差值。絕對(duì)精度由增益誤差、偏移誤差、非線性誤差以及噪聲等組成。

②相對(duì)精度相對(duì)精度定義為在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，任一數(shù)字輸出碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸入實(shí)際值與理想值之差與模擬滿量程值之比。

③偏移誤差。ADC的偏移誤差定義為使ADC的輸出最低位為1，施加到ADC模擬輸入端的實(shí)際電壓與理論值1/2(Vr／2n)(即0.5LSB所對(duì)應(yīng)的電壓值)之差（又稱(chēng)為偏移電壓）。

④增益誤差增益誤差是指ADC輸出達(dá)到滿量程時(shí)，實(shí)際模擬輸入與理想模擬輸入之間的差值，以模擬輸入滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。

⑤線性度誤差A(yù)DC的線性度誤差包括積分線性度誤差和微分線性度誤差兩種。a．積分線性度誤差積分線性度誤差定義為偏移誤差和增益誤差均已調(diào)零后的實(shí)際傳輸特性與通過(guò)零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)的直線之間的最大偏離值，有時(shí)也稱(chēng)為線性度誤差。

b．微分線性度誤差積分線性度誤差是從總體上來(lái)看ADC的數(shù)字輸出，表明其誤差最大值。但是，在很多情況下往往對(duì)相鄰狀態(tài)間的變化更感興趣。微分線性度誤差就是說(shuō)明這種問(wèn)題的技術(shù)參數(shù)，它定義為ADC傳輸特性臺(tái)階的寬度（實(shí)際的量子值）與理想量子值之間的誤差，也就是兩個(gè)相鄰碼間的模擬輸入量的差值對(duì)于Vr/2n的偏離值。

圖3.17ADC的積分線性度誤差

圖3.18ADC的微分線性度誤差

與微分線性度誤差直接關(guān)聯(lián)的一個(gè)ADC的常用術(shù)語(yǔ)是失碼（MissingCord）或跳碼(SkippedCord)，也叫做非單調(diào)性。

圖3.19ADC的失碼現(xiàn)象

⑥溫度對(duì)誤差的影響環(huán)境溫度的改變會(huì)造成偏移、增益和線性度誤差的變化。

量化特性及量化誤差2、A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定設(shè)：模擬輸入的最大值：Vimax模擬輸入的最小值：Vimin前置放大器的增益：kg

m位A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程：E能轉(zhuǎn)換的最小模擬量：則：由前面兩式可得：上式兩邊取對(duì)數(shù)：整理，得：令：

也可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的誤差要求來(lái)確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，通常A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)是系統(tǒng)的十倍左右。A/D轉(zhuǎn)換器的誤差為：即：如果系統(tǒng)要求的精度是：δ

解上式即可得到m。

按工作原理不同，A／D轉(zhuǎn)換器有積分型和比較型兩大類(lèi)。(一)比較型ADC（ADC0801-ADC0809）比較型A／D轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)為直接型轉(zhuǎn)換器，它是將輸入模擬量（模擬電壓）與基準(zhǔn)電壓直接進(jìn)行比較，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。比較型A／D轉(zhuǎn)換器按內(nèi)部工作時(shí)有無(wú)反饋，可分為反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器；無(wú)反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器。3、傳統(tǒng)ADC的轉(zhuǎn)換原理（l）反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器根據(jù)控制邏輯電路的不同，可分為逐次近似型和跟蹤比較型。

①逐次近似型A／D轉(zhuǎn)換器

逐次近似型A／D轉(zhuǎn)換器是目前應(yīng)用得最為廣泛的一種中、高速A／D轉(zhuǎn)換器，最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率較快，售價(jià)（成本）、精度和轉(zhuǎn)換速率3個(gè)重要的指標(biāo)之間易于取得較好的平衡。

②跟蹤比較型A／D轉(zhuǎn)換器

跟蹤比較型A／D轉(zhuǎn)換器的原理如圖所示，它由高速電壓比較器、D／A轉(zhuǎn)換器和計(jì)數(shù)器等單元組成?？赡嬗?jì)數(shù)器的功能是在時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)。跟蹤比較型A／D轉(zhuǎn)換器的基本轉(zhuǎn)換原理是將模擬信號(hào)

與D／A轉(zhuǎn)換器的輸出模擬量

進(jìn)行比較。D／A轉(zhuǎn)換器不斷地將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)字量變換成模擬量

，并輸入到電壓比較器的同相輸入端。當(dāng)

時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出就是對(duì)應(yīng)于輸入模擬量

的數(shù)字量。（2）無(wú)反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器

無(wú)反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器是迄今為止能獲得最快轉(zhuǎn)換速度的A／D轉(zhuǎn)換器，特別是其中的并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器。因此，高速A／D轉(zhuǎn)換器一般都是屬于無(wú)反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器。無(wú)反饋比較型A／D轉(zhuǎn)換器分為并行比較型；串行比較型；串——并行比較型。①

并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器

并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器是將輸入模擬電壓予以量化，并將所得到的所有

個(gè)量化電平與各基準(zhǔn)電壓進(jìn)行并行比較，這些基準(zhǔn)電壓可由一個(gè)總的基準(zhǔn)電壓源VR經(jīng)電阻串分壓后得到。再將比較結(jié)果進(jìn)行編碼，從而給出相應(yīng)的數(shù)字量輸出。②

串行比較型A／D轉(zhuǎn)換器串行比較型A／D轉(zhuǎn)換器是用一些電阻陣列將參考電壓VR分成

擋，將每個(gè)電阻均連接到開(kāi)關(guān)解碼陣列中。其工作原理如圖所示：比較器輸出不為零時(shí)，就通過(guò)寄存器的輸出

控制模擬開(kāi)關(guān)

，以決定哪擋電阻所得的分壓與模擬輸入電壓

進(jìn)行比較。當(dāng)比較器輸出為0時(shí)，表示某相應(yīng)的一擋電阻分壓與

相等，這時(shí)寄存器輸出代碼就表示對(duì)應(yīng)于該模擬輸入電壓

的數(shù)字輸出量。由于本方案中只有一個(gè)比較器，所以這種轉(zhuǎn)換器盡管形式上與并行型相似，但它實(shí)質(zhì)上還是屬于串行型。對(duì)于8位A／D轉(zhuǎn)換器，需要有256個(gè)電阻組成的陣列。采用PMOS工藝時(shí)，由于PMOS模擬開(kāi)關(guān)和P型擴(kuò)散電阻在工藝上極易共容，所以較早地用PMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)的A／D轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器的集成度可以做得很高，但速率稍慢些，如已制成的8位PMOS256R串行A／D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間約為40。③

串——并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器由于并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器難以達(dá)到高位要求，所以將并行比較型和串行比較型結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的串——并行比較型A／D轉(zhuǎn)換器，在一定程度上克服了并行或串行比較型A／D轉(zhuǎn)換器難于達(dá)到高位數(shù)的要求，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，目前已有16位以上的串——并行比較型高速A／D轉(zhuǎn)換器供實(shí)際工程采用。（二）、積分式A／D轉(zhuǎn)換器與微處理器接口雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器原理雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換過(guò)程在邏輯控制電路的控制下按以下三個(gè)階段進(jìn)行。1．預(yù)備階段2．定時(shí)積分階段T1

3．定值積分階段T2先用積分器把輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量（時(shí)間T或頻率f),然后再把中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。

工作原理

2.1.3積分式A／D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)接口一、雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器原理概述1．預(yù)備階段：邏輯控制電路發(fā)出復(fù)位指令，計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)使S4閉合，積分器輸入/輸出都為零。2．定時(shí)積分階段T1:在t1時(shí)刻，邏輯控制電路發(fā)出啟動(dòng)指令，使S4斷，S1閉合，于是積分器開(kāi)始對(duì)輸入電壓Ui積分，同時(shí)打開(kāi)計(jì)數(shù)門(mén)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿N1時(shí)(t2時(shí)刻)，計(jì)數(shù)器的溢出脈沖使邏輯控制電路發(fā)出控制信號(hào)使S1斷開(kāi)。階段T1結(jié)束，積分器輸出

3．定值積分階段T2：在t2時(shí)刻令S1斷開(kāi)的同時(shí)，使與Ui極性相反的基準(zhǔn)電壓接入積分器。本例設(shè)Ui為正值，則令S3閉合，于是積分器開(kāi)始對(duì)基準(zhǔn)電壓UR定值積分，積分器輸出從U01值向零電平斜變，同時(shí)，計(jì)數(shù)器也重新從零計(jì)數(shù)，當(dāng)積分輸出達(dá)到零電平時(shí)刻（即t3），比較器翻轉(zhuǎn)，此時(shí)控制電路令計(jì)數(shù)器關(guān)門(mén)，計(jì)數(shù)器保留的計(jì)數(shù)值為N2。定值積分階段T2結(jié)束時(shí)，積分器輸出電平為零，則有

數(shù)學(xué)推導(dǎo)

t1t2t3U01（2.1）（2.2）（2.3）將2.1式代入2.2式得設(shè)時(shí)鐘周期為T(mén)0，計(jì)數(shù)器容量為N1，則T1=N1To、T2=N2To，2.3式可改寫(xiě)為2.3式所明：T2與輸入電壓的平均值成正比（2.4）2.4式所明：N2與輸入電壓的平均值成正比（N2∞

）一、雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器原理概述1．預(yù)備階段----復(fù)零，S4接通2．定時(shí)積分階段----第一次積分，S1接通特點(diǎn)：定時(shí)積分T1固定，UO1∞(正比于)Ui3．定值積分階段----第二次積分，S3/S4接通特點(diǎn)：定值積分（反向），N2∞UO1∞Ui（1）抗干擾能力強(qiáng)雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果與輸入信號(hào)的平均值成正比，因而對(duì)疊加在輸入信號(hào)上的交流干擾有良好的抑制作用，即串模干擾抑制能力比較大。（2）性能價(jià)格比高由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的兩次積分中使用了同一積分器，又使用同一時(shí)鐘去測(cè)定T1和T2,因此對(duì)積分器的精度和時(shí)鐘的穩(wěn)定性等指標(biāo)都要求不高，使成本降低。雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)：1、速度較慢，一般情況下每秒轉(zhuǎn)換幾次，最快每秒20余次。2、積分器和比較器的失調(diào)偏移不能在兩次積分中抵消，會(huì)造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)：雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器與處理器系統(tǒng)的接口有兩種方法：

1、采用微處理器直接實(shí)現(xiàn)對(duì)雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器全部轉(zhuǎn)換過(guò)程的控制；

2、采用含有邏輯控制電路的單片式雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器芯片，其接口的任務(wù)主要是在雙積分A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束之后讀取結(jié)果。（四）．各類(lèi)A／D轉(zhuǎn)換器比較

積分型、電荷平衡型和跟蹤比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度較慢，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾十毫秒到幾毫秒不等。這種形式只能構(gòu)成低速A/D轉(zhuǎn)換器，一般適用于對(duì)溫度、壓力、流量等緩變參量的檢測(cè)和控制。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間可從幾微秒到幾百微秒不等，屬中速A/D轉(zhuǎn)換器，常用于工業(yè)多通道單片機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。四A/D接口A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號(hào)一般有：數(shù)據(jù)輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束其他控制信號(hào)（如通道控制等）A/D芯片與CPU之間的接口即是處理這些信號(hào)的電路。1）對(duì)于數(shù)據(jù)輸出字長(zhǎng)與CPU匹配的A/D芯片，只要電平能和CPU配合，可以直接和CPU相連。2）對(duì)于字長(zhǎng)與CPU不匹配的A/D芯片，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路將A/D轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)分時(shí)讀出。3）A/D芯片的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)一般直接由CPU控制，要注意所選用的A/D芯片對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)的要求（脈沖信號(hào)還是電平信號(hào)？）4）轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)視CPU和A/D之間采用哪種方式傳送數(shù)據(jù)來(lái)決定是否需要和CPU相連。5)選擇合適的系統(tǒng)采樣速度A/D轉(zhuǎn)換是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成與其大小成比例的數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路主要分成：1、雙積分式（速度慢，精度高：用于速度要求不高的場(chǎng)合）；2、逐次逼近式（速度較快，精度較高：常用）。常用芯片：

MC14433（3?位）

雙積分式ICL7135（4?位）

ICL7109（12位）

ADC0808、ADC0809（8位）逐次逼近式ADC1210（12位）

AD574（12位）下頁(yè)上頁(yè)返回1、8位并行ADCAD0809與微處理器接口ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NationalSemiconductor）生產(chǎn)的廉價(jià)8路8位逐次比較式ADC，28腳封裝，輸出帶三態(tài)鎖存器，主要性能指標(biāo)如下：（1）分辨率為8位。（2）總的非調(diào)整誤差為±1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs（時(shí)鐘頻率為640Hz）。（4）具有鎖存控制功能的8路模擬開(kāi)關(guān)，能對(duì)8路模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（5）輸出電平與TTL電平兼容。（6）單電源+5V供電。基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5V，此時(shí)允許模擬量輸入范圍為0~5V。功耗為10mW

下頁(yè)上頁(yè)返回ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

A/D轉(zhuǎn)換器接口集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809/0808為8路輸入通道、8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可分時(shí)轉(zhuǎn)換8路模擬信號(hào)。一．結(jié)構(gòu)一個(gè)8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、8路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、3-8地址鎖存譯碼器和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器。二．引腳8路模擬量輸入信號(hào)端：IN0～I(xiàn)N78位數(shù)字量輸出信號(hào)端

D0～D7通道選擇地址信號(hào)輸入端：

ADDA、ADDB、ADDC基準(zhǔn)參考電壓為VR（+）和VR（-）：決定輸入模擬量的范圍。典型值分別為+5V和0V。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC：0：正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

1：一次轉(zhuǎn)換完成。時(shí)鐘信號(hào)輸入端：CLK（其內(nèi)部無(wú)時(shí)鐘電路）多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)ABCIN0IN1IN7A/D轉(zhuǎn)換28個(gè)引腳ADC0809與單片機(jī)連接：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送：①定時(shí)傳送方式；（不需接EOC腳）②查詢(xún)方式；（測(cè)試EOC腳的狀態(tài)）③中斷方式。（EOC腳接INT腳）注：2個(gè)ALE不能相接。涉及2個(gè)問(wèn)題：（1）8路模擬信號(hào)通道選擇；（2）A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。ADC0809的口地址：FEFFH；8路模擬通道的地址：FEF8H～FEFFH。IN0～7AD0～7ALEINTWRP2.0RDD0～7ADDABC

CLKEOCSTARTALEOE≥11MCS-51ADC080983≥1程序查詢(xún)方式：對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器而言，所謂程序查詢(xún)方式即條件傳送I/O方式延時(shí)方式這種方式實(shí)際是無(wú)條件傳送I/O方式，當(dāng)向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動(dòng)命令后，即進(jìn)行軟件延時(shí)，延時(shí)時(shí)間取決于進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，此時(shí)應(yīng)確保A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完畢，從A/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)即為采樣值。中斷采樣方式在中斷方式中，CPU啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，可以繼續(xù)執(zhí)行主程序，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，發(fā)出一轉(zhuǎn)換結(jié)束號(hào)EOC，該信號(hào)經(jīng)反相器接8031的P3.2引腳，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后，即可讀入數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理CPU與A/D芯片接口舉例例：MCS-51與ADC0809接口主要處理好以下信號(hào)的連接問(wèn)題：START：由CPU提供一個(gè)100ns寬的脈沖EOC：若采用中斷方式，此信號(hào)作CPU的中斷請(qǐng)求輸入線；若采用查詢(xún)方式，此信號(hào)作CPU的一個(gè)輸入線，供CPU查詢(xún)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。OE：CPU讀數(shù)據(jù)時(shí)需向此線送一個(gè)高電平。A/D接口程序設(shè)計(jì)1.等待延時(shí)方式取數(shù)據(jù)區(qū)首址和第一個(gè)通道地址啟動(dòng)轉(zhuǎn)換延時(shí)等待讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)指針加1取下一通道地址全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束？是否2.中斷方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)換關(guān)閉中斷讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)取下一通道地址全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束？是否中斷服務(wù)程序中斷返回設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)首址和第一個(gè)通道地址開(kāi)中斷執(zhí)行其他任務(wù)主程序3.查詢(xún)方式取數(shù)據(jù)區(qū)首址和第一個(gè)通道地址啟動(dòng)轉(zhuǎn)換讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)指針加1取下一通道地址全部通道轉(zhuǎn)換結(jié)束？是否轉(zhuǎn)換結(jié)束？否是A/D轉(zhuǎn)換程序：（延時(shí)等待方法）MOVDPTR，#0FEFFH ；ADC0809地址,選中IN7MOVA，#00H ；MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換LCALLDELAY ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束大于100微秒MOVXA，@DPTR ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果RET不用接EOC腳，采用定時(shí)傳送方式。例：應(yīng)用舉例初始化程序：（中斷方式） MOVR0，#0A0H ；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)首地址 MOVR2，#08H ；8路計(jì)數(shù)器 SETBIT1 ；邊沿觸發(fā)方式 SETBEA ；中斷允許 SETBEX1 ；允許外部中斷1中斷 MOVDPTR，#0FEF8H ；指向ADC0809首地址LOOP：MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換HERE：SJMPHERE ；等待中斷

設(shè)有一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，采樣數(shù)據(jù)依次存放在外部RAM0A0H～0A7H單元中，ADC0809的8個(gè)通道地址為0FEF8H～0FEFFH。中斷服務(wù)程序：MOVX A，@DPTR ；讀數(shù)MOVX @R0，A ；存數(shù)INC DPTR ；指向下一模擬通道INC R0

；指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)下一單元DJNZR2，LOOP ；巡回，未完繼續(xù)CLREA ；結(jié)束，關(guān)中斷LOOP:NOPRETIP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWR

P2.7RDINTO+++5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

VREF+VREF-ADC08098051分頻器軟件編程設(shè)接口電路用于一個(gè)8路模擬量輸入的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，使用中斷方式采樣數(shù)據(jù)，把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。采樣完一遍后停止采集。舉例匯編語(yǔ)言編程：ORG0003HLJMPINT0ORG0100H；主程序MOVR0，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值SETBIT0；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式SETBEA；CPU開(kāi)放中斷SETBEX0；允許外部中斷0中斷MOVDPTR，#0000H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義HERE：SJMPHERE；等待中斷ORG0200H；中斷服務(wù)程序INT0：MOVXA，@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM單元INCDPTR；指向下一模擬通道INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DJNZR2，NEXT；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù)CLREA；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷CLREX0；禁止外部中斷0中斷RETI；中斷返回NEXT：MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換RETI；中斷返回C語(yǔ)言編程：#include<reg51.h>#include<absacc.h>//定義絕對(duì)地址訪問(wèn)#defineucharunsignedchar#defineIN0XBYTE[0x0000]//定義IN0為通道0的地址staticuchardatax[8];//定義8個(gè)單元的數(shù)組，存放結(jié)果ucharxdata*ad_adr;//定義指向通道的指針uchari=0;voidmain(void){IT0=1;//初始化EX0=1;EA=1;i=0;ad_adr=&IN0;//指針指向通道0*ad_adr=i;//啟動(dòng)通道0轉(zhuǎn)換for(;;){;}//等待中斷}voidint_adc(void)interrupt0//中斷函數(shù){x[i]=*ad_adr;//接收當(dāng)前通道轉(zhuǎn)換結(jié)果i++;ad_adr++;//指向下一個(gè)通道if(i<8){*ad_a