第2章 22 AD转换器及其接口技术.ppt

2 2A D转换器及其接口技术 定义 A D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置 常用A D转换方式 1 逐次逼近式A D2 双斜积分式A D3 电压 频率式A D 简称V F转换器 是把模拟电压信号转换成频率信号的器件 逐次逼近型 转换时间短 抗扰性差 电压比较 ADC0809 8位 AD574 12位 双斜积分型 转换时间长 抗扰性好 积分 MC14433 11位 ICL7135 14位 V F转换器 转换时间长 具有输出连续跟踪输入 线性度好的特点 抗扰性好 开关量输入 LM331 AD652 A D转换器的主要技术指标 转换时间 指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间 积分型 毫秒级 逐次比较 微秒级 全并行 纳秒级 分辨率 通常用数字量的位数n 字长 来表示 如8位 12位 16位等 LSB 最低有效位 满量程的1 2n 线性误差 理想转换特性 量化特性 应该是线性的 但实际转换特征并非如此 在满量程输入范围内 偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差 线性误差常用LSB的分数表示 如 1 2 LSB或 1LSB 量程 即所能转换的输入电压范围 如 5V 5V 0 10V 0 5V等 对基准电源的要求 基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响 故在设计时 应考虑是否要外接精密基准电源 2 2 1A D转换器 逐次比较式A D转换器组成及原理一个n位A D转换器是由n位寄存器 n位D A转换器 运算比较器 控制逻辑电路 输出锁存器等五部分组成 介绍转换原理 一个n位A D转换器的模数转换表达式是式中n n位A D转换器 VR VR 基准电压源的正 负输入 VIN 要转换的输入模拟量 B 转换后的输出数字量 即当基准电压源确定之后 n位A D转换器的输出数字量B与要转换的输入模拟量VIN呈正比 例题 一个8位A D转换器 设VR 5 02V VR 0V 计算当VIN分别为0V 2 5V 5V时所对应的转换数字量 解 把已知数代入公式0V 2 5V 5V时所对应的转换数字量分别为00H 80H FFH 此种A D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801 ADC0805 8位8路ADC0808 0809 8位16路ADC0816 0817等 混合集成高速型12位单路AD574A ADC803等 1 8位A D转换器ADC0809 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A D转换器 开关树与256RT型电阻网络合起来为DAC SAR 逐次逼近寄存器 主要技术指标 转换时间 100 s线性误差 1 2LSB分辨率 8位当模拟量输入电压范围0 5V时 可使用单一的 5V电源温度范围 40 85 可直接与CPU连接 不需另加接口逻辑内部带8路模拟开关 可接入8路模拟信号 输出带锁存器逻辑电平与TTL兼容 引脚及功能 Vin0 Vin7 8个模拟量输入端 START 启动A D转换信号 下降沿开始A D转换 EOC 转换结束信号 当A D转换结束后 发出一个正脉冲 表示A D转换结束 用作A D转换结束的检测信号 OE 输出允许信号 高电平有效 此信号有效 允许从A D转换器的锁存器中读取数字量 CLOCK 时钟输入 转换时间为64个时钟周期 当f 500KHZ T 128 s 当f 640KHZ T 100 s ALE 地址所存允许 高电平有效 ALE高电平允许C B A选择的通道被选中 该通道的模拟量接入A D转换器 C B A 通道信号选择端子 C为最高位 A为最低位 DO7 DO0 数字量输出端 Vref Vref 参考电压 单极性输入时 Vref 5v Vref 0v Vcc 电源 GND 地 逻辑组成 1 8通模拟开关及通道选择逻辑该部分的功能是实现8选1操作 通道选择信号C B A 在ALE的作用下送入通道选择逻辑 注意 转换时序 2 8位A D转换器在START上收到一个启动转换命令 正脉冲 后开始转换 100 s左右 64个时钟周期 后转换结束 相应的时钟频率为640KHZ 转换结束时 EOC信号由低电平变为高电平 通知CPU读结果 通过查询或中断方式读取 3 三态输出锁存缓冲器用于存放转换结果D 输出允许信号OE为高电平时 D由DO7 DO0上输出 OE为低电平输入时 数据输出线DO7 DO0为高阻态 8通道模拟开关及通道选择该部分的功能是实现8选1操作 由通道选择信号C B A 在地址锁存信号ALE的作用下送入通道选择逻辑 转换时序 时序解释 1 4 1地址锁存 2启动A D转换 3转换结束 4读取转换结果 2 12位A D转换器AD547A AD1674 AD574A是一种高性能的12位逐位逼近式A D转换器分辨率为1 212 0 024 转换时间为25 s 适合于在高精度快速采样系统中使用误差 1 2LSB 单极性或双极性输入 量程10V或20V 内部有时钟脉冲源和基准电压源 AD1674有S H 内部结构大体与ADC0809类似 由12位A D转换器 控制逻辑 三态输出锁存缓冲器与10V基准电压源构成 可以直接与主机数据总线连接 但只能输入一路模拟量 AD574A也采用28脚双立直插式封装 各引脚功能如下 Vcc 7 工作电源正端 12VDC或 15VDC VEE 11 工作电源负端 12VDC或 15VDC VL 1 逻辑电源端 5VDC 虽然使用的工作电源为 12VDC或 15VDC 但数字量输出及控制信号的逻辑电平仍可直接与TTL兼容 DGND 15 AGND 9 数字地 模拟地 VREFOUT 8 基准电压源输出端 芯片内部基准电压源为 10 00V 1 VREFIN 10 基准电压源输入端 10VDC 如果VREFOUT通过电阻接至VREFIN 则可用来调量程 转换结束信号 高电平表示正在转换 低电平表示已转换完毕 DB0 DB11 12位输出数据线 三态输出锁存 可与主机数据线直接相连 CE 片能用信号 输入 高电平有效 片选信号 输入 低电平有效 R 读 转换信号 输入 高电平为读A D转换数据 低电平为起动A D转换 12 数据输出方式选择信号 输入 高电平时输出12位数据 低电平时与A0信号配合输出高8位或低4位数据 12 不能用TTL电平控制 必须直接接至 5V 引脚1 或数字地 引脚15 A0 字节信号 在转换状态 A0为低电平可使AD574A产生12位转换 A0为高电平可使AD574A产生8位转换 在读数状态 如果12 为低电平 A0为低电平时 则输出高8位数 而A0为高电平时 则输出低4位数 如果12 为高电平 则A0的状态不起作用 10VIN 20VIN BIPOFF 模拟电压信号输入端 单极性应用时 将BIPOFF接0V 双极性时接10V 量程可以是10V 也可以是20V 输入信号在10V范围内变化时 将输入信号接至10VIN 在20V范围内变化时 接至20VIN 单 双极性应用单极性 BIPOFF接0V 双极性 BIPOFF接10V 调零方法 满量程调整方法 调零 满度 转换结果输出 引脚12 1 D11 D0并行输出 引脚12 0 D的高8位D11 D4与低4位D3 D0分时输出 控制逻辑 无操作 X X X 1 X 转换时序 1启动A D转换 2A D转换开始 3A D转换结束 转换时序 读时序 4读取转换结果 5转换结束 2 2 2A D转换器接口技术 A D转换器接口技术要考虑如下问题 1 模拟量输入信号的连接 1 输入电压要求 单极性或双极性 2 多通道处理 采用带有多路开关的A D转换器 如ADC0809 采用单通道A D芯片 在模拟量输入端加接多路开关 2 数据输出与系统总线的连接 A D转换器通常都具有三态数据输出缓冲器 因而允许A D转换器直接同系统总线相连接 如果没有就需要扩展 3 A D转换启动信号 脉冲型启动转换 电平启动转换 4 转换结束信号及转换数据的读取 脉冲信号 电平信号 CPU一般采用三种方式来检查A D转换是否结束 1 程序查询方式 2 中断方式 3 软件延时 5 参考电平 Vref Vref 6 时钟的连接 芯片内部提供 AD574A 外部提供 由外部振荡器提供或由系统时钟分频后得到 7 接地 Dgnd Agnd 连接时应分别接地 1 ADC0809与8255A接口 8255A的A口工作方式0 A口为数据输入端 C口上半部分为输入 下半部分为输出 PC0 PC2 通道地址ABCPC3 ALE和START 地址锁存 启动转换PC7 EOC和OE 检测转换结束 输出使能 8255A系统地址2C0H 2C3H 补充 8255工作方式 8255编程选择控制字 C口置位 复位控制字 分析程序流程 1 确定选择模拟通道号 2 输出启动信号 3 查询是否转换结束 4 读取转换结果 ADC0809PROCNEARMOVCX 8 循环次数CLD DI自动增量MOVBL 00H 模拟通道地址LEADI DATABUF 字串存储地址NEXTA MOVDX 02C2H C口MOVAL BLOUTDX AL 通道号INCDX 控制口MOVAL 00000111B ALE上升沿锁存地址 PC3 1 置位复位控制字D7 0 OUTDX ALNOPNOPNOPMOVAL 00000110B PC3 0 START下降沿启动A D转换 OUTDX ALDECDX C口NOSC INAL DX 检测转换结束信号TESTAL 80HJNZNOSC EOC 1 则等待 检测EOC下降沿NOEOC INAL DX TESTAL 80HJZNOSC EOC 0 则等待 检测EOC上升沿 转换结束MOVDX 02C0H A口 读转换结果INAL DXSTOSDATABUF 保存结果INCBL 修改模拟通道地址LOOPNEXTA CX 1 0 RETADC0809ENDP 2 AD574与8255A接口 AD574的12 接 5V A0接地 工作于12位转换和读出方式 8255A的A口 B口工作方式0 数据输入端 C口上半部分为输入 下半部分为输出 PC0 PC2 R CEPC7 STS 检测转换结束 8255A系统地址2C0H 2C3H MOVDX 02C2H 令CS R C为低电平 CE 0MOVAL 00HOUTDX AL C口输出NOPNOPMOVAL 04H 令CE 1 启动转换OUTDX ALNOPNOPMOVAL 03H 令CE 0 CS R C 1 启动完毕OUTDX ALPOLLING INAL DX C口 查询STS状态TESTAL 80HJNZPO