第六節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器

2.6.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理2.6.2A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)2.6.3典型的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC08092.6.4A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例返回本章首頁計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器組成：計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器及比較器計數(shù)器-+A1D/A數(shù)字輸出時鐘啟動比較器轉(zhuǎn)換結(jié)束UiU0

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器組成：積分器、比較器、計數(shù)器、標(biāo)準(zhǔn)電壓源模擬輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓時鐘控制邏輯計數(shù)器…積分器比較器︱︱雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器0積分輸出AB頻率固定T1T2固定積分時間2.6.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種采用對半搜索原理來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，邏輯框圖如圖2-17所示。返回本節(jié)

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器舉例：有四位A/D轉(zhuǎn)換器，滿刻度值5V，現(xiàn)若輸入3.5V模擬電壓，試分析其逐次逼近的轉(zhuǎn)換過程。量化單位q===0.3125V5V245V16表2-13四位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程表SAR內(nèi)容8421步驟轉(zhuǎn)換后的電壓U0（V）1234結(jié)果10001100101010111011

2.5Ui>U0保留

3.75Ui<U0去掉

3.125Ui>U0保留3.4375Ui>U0保留誤差3.5－3.4375=0.0625V2.6.2主要技術(shù)參數(shù):1.分辨率表示能夠轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的位數(shù)。如一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換一個滿量程為5V的電壓，則它能分辨的最小電壓為這表明若模擬輸入值的變化小于5mV，則A/D轉(zhuǎn)換器沒反應(yīng)，輸出保持不變。同樣5V電壓，若采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，則能分辨的最小電壓為可見A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出位數(shù)越多，其分辨率就越高。2轉(zhuǎn)換時間指從啟動A/D到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時間。轉(zhuǎn)換時間，一般是幾μs~幾百ms。應(yīng)該按照實際應(yīng)用的需要和成本來確定這一項參數(shù)的選擇。3轉(zhuǎn)換精度指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實際值的準(zhǔn)確度，包括絕對精度和相對精度。絕對精度常用數(shù)字量的位數(shù)表示；相對精度用相對于滿量程的百分比表示。如滿量成為10V的8位A/D轉(zhuǎn)換器，絕對精度為：相對轉(zhuǎn)換精度為：4量程所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如5V、10V。5工作溫度范圍較好的A/D的工作溫度為-40～85度，較差的為0~70度。八通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模擬量輸入地址鎖存器和譯碼器三-八譯碼器地址鎖存允許ALE+-比較器控制邏輯逐次逼近寄存器SAR開關(guān)樹組256R電阻分壓器輸出緩沖鎖存器（三態(tài)）D/AVREF（-）VREF（+）GNDVCCSTARTCLOCKEOC轉(zhuǎn)換結(jié)束（中斷）八位輸出ABCU0Ui2.6.38位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/08098位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/08098通道8位A/D轉(zhuǎn)換器，8位分辨率，內(nèi)部8位模擬開關(guān)轉(zhuǎn)換時間為100μs帶輸出鎖存逐次逼近式精度ADC0808為±1/2LSB，ADC0809±1LSB邏輯電平與TTL兼容2.引腳結(jié)構(gòu)ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2-69所示。

圖2-69ADC0809引腳圖引腳結(jié)構(gòu)（1）IN7~IN0：8條模擬量輸入通道（2）地址輸入和控制線：4條（3）數(shù)字量輸出及控制線：11條（4）電源線及其他：5條ADC0808/0809的外引腳及功能IN0～IN7—8個模擬量輸入端START—啟動A/D轉(zhuǎn)換器EOC—轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，正脈沖OE—輸出允許信號，當(dāng)OE為1時，允許從A/D轉(zhuǎn)換器的鎖存器中讀取數(shù)字量。CLOCK—時鐘信號ALE—地址鎖存允許，當(dāng)ALE為1時允許C、B、A所示的通道被選中，并將該通道的模擬量接入A/D轉(zhuǎn)換器。ADDA、ADDB、ADDC—通道號端子，C為最高位，A為最低位。D0～D7—數(shù)字量輸出端VREF（+）、

VREF（－）—參考電壓端子表2-1被選通道和地址的關(guān)系返回本節(jié)2.6.4A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例（一）與系統(tǒng)的連接信號（二）A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)連接舉例（一）與系統(tǒng)的連接信號A/D轉(zhuǎn)換器對外的連接信號的種類:1.輸入模擬電壓的連接2.數(shù)據(jù)輸出和系統(tǒng)總線的連接3.A/D轉(zhuǎn)換啟動信號4.轉(zhuǎn)換結(jié)束信號及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取1.輸入模擬電壓的連接輸入電壓：

1.單端輸入VREF（+）=5V，VREF（－）=0V2.雙端差動輸入VREF（+）、VREF（－）接參考電壓ADC0808/0809接8路模擬輸入

1.接成單端、單極性輸入

2.接成雙極性輸入AD574是單端輸入模擬電壓

1.接成單端、單極性輸入

2.接成雙極性輸入2.數(shù)據(jù)輸出和系統(tǒng)總線的連接數(shù)據(jù)輸出有兩種：

1.A/D芯片內(nèi)部帶有三態(tài)輸出門，其數(shù)據(jù)輸出線可以直接掛到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上（如ADC0804、ADC0808/0809）

2.A/D芯片內(nèi)部不帶有三態(tài)輸出門，或雖有三態(tài)輸出門，但它不受外部信號控制，而是當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時自動開門的，如AD570，其數(shù)據(jù)輸出線不可以直接掛到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上，而應(yīng)加輸入緩沖器（74LS244）或通過并行I/O接口的輸入端口，才能和系統(tǒng)總線相連3.A/D轉(zhuǎn)換啟動信號1.啟動轉(zhuǎn)換信號有兩種：電平啟動：AD570、AD571、AD572在整個A/D轉(zhuǎn)換期間，啟動電平不能撤消2.脈沖啟動：ADC0804、ADC0808/0809、AD574ADC0808/0809：START上升沿AD574：R/C、A04.轉(zhuǎn)換結(jié)束信號及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取轉(zhuǎn)換結(jié)束信號有兩種：

1.電平信號：

2.脈沖信號：

ADC0808/0809的結(jié)束信號為EOC上升沿

AD574的結(jié)束信號為SYS=0CPU檢測到結(jié)束信號有三種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀?。?.程序查詢方式2.中斷方式3.固定的延時程序方式（二）A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)連接舉例1.8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809和CPU的連接設(shè)指定8路模擬電壓輸入端口地址為78H～7FH。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號以中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò)。采用74LS138做輸入通道地址譯碼器。驅(qū)動程序CONTV1：MOVAL，00HOUT78H，AL；：后續(xù)程序CONTV7：MOVAL，00HOUT7FH，AL；：后續(xù)程序M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A001111000M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A001111111補充12位A/D轉(zhuǎn)換器AD57412位A/D轉(zhuǎn)換器，12位分辨率逐次逼近式轉(zhuǎn)換時間為15～35μs帶輸出鎖存誤差為±LSB高速輸出開關(guān)電路AD574的電路組成+15V2.AD574引腳功能說明DB0～DB11—12位數(shù)據(jù)輸出，分三組，均帶三態(tài)輸出緩沖器VLOGIC—邏輯電源+5V（4.5～5.5

)VCC—正電源+15V（+13.5～+16.5

)VEE—負(fù)電源－15V（－13.5～－16.5

)AGND、DGND—模擬、數(shù)字地CE—片允許信號，CS—片選擇信號R/C—讀/轉(zhuǎn)換信號CE=1、CS=0、R/C=0時，轉(zhuǎn)換開始，啟動負(fù)脈沖

CE=1、CS=0、R/C=1時，允許讀數(shù)據(jù)A0—轉(zhuǎn)換和讀字節(jié)選擇信號

CE=1、CS=0、R/C=0、A0=0，啟動按12位轉(zhuǎn)換；

CE=1、CS=0、R/C=0、A0=1，啟動按8位轉(zhuǎn)換；

CE=1、CS=0、R/C=1、A0=0，讀取轉(zhuǎn)換后高8位數(shù)據(jù)；

CE=1、CS=0、R/C=1、A0=1，讀取轉(zhuǎn)換后的低4位數(shù)據(jù)；12/8—輸出數(shù)據(jù)形式選擇信號12/8端接PIN1（VLOGIC）時，數(shù)據(jù)按12位形式輸出12/8端接PIN15（DGND）時，數(shù)據(jù)按雙8位形式輸出STS—轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號。轉(zhuǎn)換開始STS=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束STS=010VIN—模擬信號輸入，單極性0～10V，雙極性±5V20VIN—模擬信號輸入，單極性0～10V，雙極性±5VREFIN—參考輸入REFOUT—參考輸出BIPOFF—雙極性偏置單極性輸入電路AD57412/8CSA0R/CCEREFINREFOUTBIPOFF10VIN20VINAGND模擬輸入0～+10V0～+20V100kΩ100kΩ100Ω100Ω+15V－15VSTS高位中位低位+5V+15V－15VDGNDDB11～DB8DB7～DB4DB3～DB0雙極性輸入電路AD57412/8CSA0R/CCEREFINREFOUTBIPOFF10VIN20VINAGND模擬輸入±5V±10V100Ω100ΩSTS高位中位低位+5V+15V－15VDGNDDB11～DB8DB7～DB4DB3～DB02.12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574與外部的連接REFINREFOUTBIPOFFDB11DB8DB4DB0輸入模擬電壓12/8DGND74LS0474LS138CPU8086AD574D7D6D5D4D3D2D1D0譯碼器A7～A1A0RDM/IOR/CCSA0SYSAGND741100Ω100Ω50kΩ10kΩ+5V+12V-12V10VIN20VINCEVLOGICVCCVEE161地址接8255A-5V～+5V驅(qū)動程序OUTADPORT，ALWAIT：INAL，PAMOVCL，03RCRAL，CLJCWAIT1INAL，ADPORTMOVAH，ALINAL，ADPORT+1后續(xù)程序第七節(jié)I/O通道的抗干擾措施一、串模干擾及其抑制方法串模干擾：疊加在被測信號上的干擾信號產(chǎn)生原因：分布電容的靜電耦合、長線傳輸?shù)幕ジ?、空間電磁場引起的磁場耦合、50Hz的工頻干擾等抑制措施：1.加輸入濾波器2.采用帶屏蔽層的雙絞線或同軸電纜連接一次儀表和轉(zhuǎn)換設(shè)備3.在靠近傳感器位置將被測信號進行前置放大，從而提