《信号检测与处理》PPT课件.ppt

五、AD转换器与单片机接口技术,概述 在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，常需将 检测到的连续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转 换成离散的数字量，才能输入到单片微机中进行处理。然后 再将处理结果的数字量经D/A变换器转换成模拟量输出，实 现对被控对象过程或仪器、仪表、机电设备、装置的控 制。若输入的是非电的模拟信号，还需经过传感器转换成电 信号。实现模拟量变换成数字量的设备称为模数转换器 (ADC)，简称A/D。,1、A/D基本原理和分类 目前应用较广泛的主要有三种类型，逐次逼近式A/D，双 积分式A/D和V/F变换式A/D。 1）逐次逼近式A/D转换器原理 将被测电压和由D/A转换生成的电压进行比较，但这里D/A转 换生成的电压不是线性增长去接近被测电压，而是用对分搜 索的方法来逐次逼近被测电压 。电路内部由4个部分组成： 逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比较器和控制逻辑 电路,2）双积分式A/D转换器 其原理如下:电路先对未知的输入模拟电压U，进行.固定时n 的积分，然后转为对标准电压进行反向积分，直至积分输出 返回起始值，则对标准电压积分的时间T正比于模拟输入电 压u，输入电压大，则反向积分时间长。用高频率标准时钟 脉冲来测量时间T，即可以得到相应模拟电压的数字量。,2、A/D转换器的主要技术指标 1）分辨率（resolution） 对于ADC来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数 码所需输入模拟电压的变化量。 转换器的分辨率定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为 ADC的位数，例如:具有12位分辨率的ADC能够分辨出满刻 度的1/212之或满刻度的0.0245%。一个10V满刻度的12位 ADC能够分辨输入电压变化的最小值为2.4mv,2）量化误差 量化误差是由ADC的有限分辨率而引起的误差。 3）转换时间 A/D转换完成一次所需要的时间。 4）绝对精度 A/D转换器输出端所产生的数字代码中，分别对应于实际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。 5）相对误差：是满刻度校准以后，任意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。 6）ADC的转换速率就是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/ D转换所需的时间(包括稳定时间)，则是转换速率的倒数。,3、A/D转换器的选取原则： A/D转换器用于什么系统？输出数据的位数是多少？系统应该达到多高的精度和线性度？ 提供给A/D转换器的输入信号范围多大？是单极性的还是双极性的？信号的驱动能力怎样？是否要经过缓冲滤波和采样/保持？ 对A/D转换器输出的数字代码及逻辑电平的要求如何？是二进制码还是BCD码，是串行还是并行？ 系统是在静态下工作还是在动态下工作？带宽多少？采样速率为多少？ 参考电压是内部的还是外部的？是固定的还是变化的？ A/D转换器的工作环境如何？噪声、温度、振动等条件如何？ 电源电压、功耗、几何尺寸等其它因素。,4、ADC0809 原理框图和引脚说明 分辨率为8位，精度为8位。 转换时间：100微秒 8个模拟输入通道，有通道地址锁存。 数据有三态输出能力。 输入电压范围为0+5v 零偏差和满量程误差均小于1/2LSB，不需要校准 单一+5v电源供电工作温度范围为-40+85 功耗为15mw,ADC0809的原理框图和引脚说明,D0D7：8位数字量输出引脚。 IN0IN7：8路模拟量输入引脚。 Vcc：+5V工作电源。 GND：地。 VREF(+)：参考电压正端。 VREF(-)：参考电压负端。 START：A/D转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。 EOC：转换结束输出引脚。 OE：输出允许控制端。 CLK：转换时钟信号。500kHz左右。 ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线。,ADC0809的通道选择：,工作时序 如图所示。转换由START为高电平来启动（ START和CLOCK可不同步）， START的上升沿将SAR复位，真正转换是从START的下降沿开始。在START的上升沿之后的2微妙加8个时钟周期，EOC状态输出信号将变低，以指示转换操作正在进行中。EOC保持低电平直至转换完成后再变为高电平。当OUTPUT ENABLE（允许数据输出）被置为高电平时，三态门打开，数据锁存器的内容输出到数据总线上。,ADC0809与单片机接口,通道地址： 78H7FH,参考程序： sbit ST =P30 ; sbit OE =P31 ; sbit EOC= P32 ; wh i l e( 1 ) ST =0 ; ST =1 ; ST =0 ; wh i le ( E OC = = 0) ; OE =1 ; ge t da ta = P0 ; OE =0 ; dispbuf 2 = ge t da t a/ 1 00 ; getdata = getdata% 10 ; dispbuf 1 = getdata/ 10 ; dispbuf 0 = getdata% 10 ; ,程序控制查询方式（查询方式）,六、电子孵化箱设计,任务描述： 本项目试验电路模拟孵化箱的孵化环境，通过传感器检测箱体内的温湿度，自动控制和调节孵化箱内的温湿度，使其满足孵化条件的需要，达到最佳的孵化效果。 要求： 1、利用温湿度传感器和单片机系统，自动检测和控制孵化箱的温湿度； 2、在数码管或LCD上显示当前温湿度，能够通过键盘设置温湿度数值； 3、具有温度报警功能，当前温度与设置温度差大于2度，蜂鸣器报警，指示灯闪烁，并进行温度自动调节； 4、测温范围：0100；测湿范围： 5、驱动220V灯泡进行温度调节。 扩展功能：温度控制策略采用PWM或PID。,电路制作 1、温度电路 2、湿度电路,2、A/D电路,3、主控电路（略） 4、元件清单（略） 5、制作步骤 认知分析电路原理图，熟悉各元器件特性和功能。 核对电路元器件，检测元器件的好坏。 准备好工具，画出电路布局图和连接图。 根据信号板图纸，根据功能布局元器件； 焊接并连接好电路元器件。 检查电路，测量有无短路、断路现象。 电路通电调试。 连接主控板，准备整体安装、调试。,软件设计 1、资源分配 P0-ADC0809 D0D7； P1-数码管段选；P2-数码管位选； P3-ADC0809控制线 P3.0-ST P3.1-OE P3.2-EOC P3.3-CLK,2、程序设计 程序主要包括主程序和中断程序。 （1）主程序负责整个流程的执行，包括按键扫描，温湿度控制等； （2）中断程序包括T0和T1两个中断，T0中断负责ADC0809时钟的产生，T1中断负责AIN0和AIN1两个通道转换结果的读取和显示。 （3）扩展功能：通过PWM控制温度；,参考程序：,void main (void) ST=0; OE=0; ETO二1; ET1二1; EA=1; TMOD=0x12; THO=216; TLO=216; TH1二(65536-4000) /25 TL1二(65536-4000)%25 TR1二1; TRO二1; ST=1; ST=0;,while(1) i f (EOC二二1) OE=1; getdata=PO; OE=0; temp二getdata*235; temp二temp/128; 1=5; di spbuf 0 =10; dispbuf1=10; dispbuf 2=10; dispbuf 3=10; di spbuf 4 =10; dispbuf 5=0; dispbuf 6=0; dispbuf 7=0;,while (temp/10) dispbufi=temp%10; temp二temp/10; i+; dispbufi=temp; ST=1; ST=0; ,void t0 (void) interrupt 1 using 0 CLK=CLK; void t1 (void) interrupt 3 using 0 TH