模拟量输入通道

1、计算机控制技术计算机控制技术吴国辉吴国辉过程通道过程通道就是在计算机和生产过程之间设置的信息传就是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输通道。生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而

2、果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。实现对生产过程的控制。 计算机和操作人员之间常常需要互通信息。为此计算机计算机和操作人员之间常常需要互通信息。为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRTCRT显显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。 模拟量输入通道模拟量输入通道v 信号调理电路信号调理电路 v 多路模拟开关多路模拟开关v

3、 前置放大器前置放大器v 采样保持器采样保持器v A/D A/D转换器转换器 模拟量输入通道的任务模拟量输入通道的任务是把从系统检测到的模是把从系统检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送入计算机。拟信号，变成二进制数字信号，经接口送入计算机。一般模拟信号如温度、压力、流量、液位、重量等一般模拟信号如温度、压力、流量、液位、重量等是通过传感器在经过变送器及模是通过传感器在经过变送器及模/ /数转换送入计算数转换送入计算机。因此，模拟量输入通道是完成非电量信号向电机。因此，模拟量输入通道是完成非电量信号向电量信号的变换，再将模拟的电量向数字量转换送入量信号的变换，再将模拟的电量向数字量转换

4、送入计算机。计算机。 模拟量输入通道的关键是：保证实时性及测量模拟量输入通道的关键是：保证实时性及测量精度的同时完成信号的传感，变换，输入。精度的同时完成信号的传感，变换，输入。 模拟量输入通道结构组图模拟量输入通道结构组图显然显然,该通道的核心是模该通道的核心是模/数转换器即数转换器即A/D转换器转换器,通常把模拟量输入通道称为通常把模拟量输入通道称为A/D通道或通道或AI通道通道。传感变送器信号调理多路模拟开关前置放大器采样保持器转换器接口逻辑电路过程参数PC总线A/D信号调理电路信号调理电路在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类型的测量变送器，

5、当它们的输出信号为类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压法的电流信号时，一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下是把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下是两种变换电路。两种变换电路。 1. 无源无源I/V变换变换 2. 有源有源I/V变换变换1. 无源无源I/V变换变换 无源无源I/V变换电路是利用无源器件变换电路是利用无源器件电阻来实电阻来实现，加上现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如下图所滤波和二极管限幅等保护，如下图所示。示。 R2为精密电阻。对于为精密电阻。对于0- 10 mA输入信号，可取

6、输入信号，可取R1=100，R2=500，这样当输入电流在，这样当输入电流在0 -10 mA量程变化时，输出的电压就量程变化时，输出的电压就为为0 -5 V范围范围;而对于而对于4 -20 mA输入输入信号信号,可取可取R1=100, R2=250，这样当输入电流为这样当输入电流为4 -20 mA时，时，输出的电压为输出的电压为1 - 5 V。-+A2R1RVI(a ) 无无 源源 I I / / V V 变变 换换 电电 路路(b ) 有有 源源 I I / / V V 变变 换换 电电 路路图图 2 -2 电电 流流 / / 电电 压压 变变 换换 电电 路路+3R5R4R2R1RIDCC

7、V+-+ 5 V. 有源有源I/V变换变换有源有源I/V变换是利用有源器件变换是利用有源器件运放和电阻电容组成，运放和电阻电容组成，如图（如图（b）所示。）所示。3411RRIRVG 利用同相放大电路，把电阻利用同相放大电路，把电阻R1上的上的输入电压变成标准输出电压。该同相放输入电压变成标准输出电压。该同相放大电路的放大倍数为大电路的放大倍数为 若取若取R1=200，R3=100k，R4=150k，则输入电流，则输入电流 I 的的0 10 mA就对应电压输出就对应电压输出V的的0 5 V；若取；若取R1=200，R3=100k，R4=25k，则，则4 20 mA的输入电流对应于的输入电流对应

8、于1 5 V的电压的电压输出。输出。由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，化，因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一时刻只能接收一个回路的信号。所但计算机在某一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟开关实现多选以，必须通过多路模拟开关实现多选1 1的操作，将的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。多路输入信号依次地切换到后级。 目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同的功能和用途。如集成电路芯片多，并具有不同的功能和用途。如

9、集成电路芯片CD4051(CD4051(双向、单端、双向、单端、8 8路路) )、CD4052(CD4052(单向、双端、单向、双端、多路模拟开关多路模拟开关4 4路路) )、AD7506(AD7506(单向、单端、单向、单端、1616路路) )等。所谓双向，等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。动输入信号的切换，

10、以满足抑制共模干扰的需要。1. 结构原理结构原理现以常用的现以常用的CD4051为例，为例，8路模拟开关的结构原理如路模拟开关的结构原理如下图所示。下图所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即时，前后级通道断开，即S0S7端端与与Sm端不可能接通；当为端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通的数值，就可选通8个通道个通道S0S7中的一路。比如：当中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道时，通道

11、S0选选通；通；当当C、B、A = 111时时,通道通道S7选通。其真值表如下表选通。其真值表如下表.图2 -3 CD4051结构原理图0S2S3S4S5S6S7S1S动动驱驱码码译译换换转转平平电电ABCINHmS图2 -3 CD4051结构原理图0S2S3S4S5S6S7S1S动动驱驱码码译译换换转转平平电电ABCINHmS2. 扩展电路扩展电路当采样通道多至当采样通道多至16路时，可直接选用路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将路模拟开关的芯片，也可以将2个个8路路4051并并联起来，组成联起来，组成1个单端的个单端的16路开关。路开关。 例题例题3-1 试用两个试用两个CD40

12、51扩展成一个扩展成一个116路的模拟开关。路的模拟开关。例题分析：例题分析：下图给出了两个下图给出了两个CD4051扩展为扩展为116路路模拟开关的电路。数据总线模拟开关的电路。数据总线D3D0作为通道选择信作为通道选择信号，号，D3用来控制两个多路开关的禁止端。当用来控制两个多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当时，选中上面的多路开关，此时当D2、D1、D0从从000变为变为111，则依次选通，则依次选通S0S7通道；当通道；当D3=1时，时，经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当当D2、D1、D0从从000变为变为1

13、11，则依次选通，则依次选通S8S15通道。如此，组成一个通道。如此，组成一个16路的模拟开关。路的模拟开关。D3D2D1D0动驱码译动驱码译换转平电换转平电0S2S3S4S5S6S7S1S8S10S11S12S13S14S15S9SABCmSABCmS图2-4 多路模拟开关的扩展电路INHINH 前置放大器的任务前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到是将模拟输入小信号放大到A/DA/D转换转换的量程范围之内，如的量程范围之内，如0-5VDC;0-5VDC; 对单纯的微弱信号对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单端同相，可用一个运算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。如下图所示，信号源

14、的一端若接放大放大或单端反相放大。如下图所示，信号源的一端若接放大器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数G G =1+R2/R1=1+R2/R1； 前置放大器前置放大器 若信号源的一端接放大器的负端为若信号源的一端接放大器的负端为反相放大反相放大，反相放反相放大电路的放大倍数大电路的放大倍数G G = =R2/R1R2/R1。当然，这两种电路都是单。当然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。共地。 当某一通道进行当某一通道进行A/DA/D转换时，由于转换时，由于A

15、/D A/D 转换需要转换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较大的转换误差。为了保证大的转换误差。为了保证A/DA/D转换的精度，需要应转换的精度，需要应用采样保持器。用采样保持器。采采样保持器样保持器1.1.数据采样定理数据采样定理 离散系统或采样数据系统离散系统或采样数据系统-把连续变化的量变把连续变化的量变成离散量后再进行处理的计算机控制系统。成离散量后再进行处理的计算机控制系统。 离散系统的采样形式离散系统的采样形式-有周期采样、多阶采样有周期采样、多阶采样和随机采样。应用最多的是周期采样。和随机采样。应用最多的是周期采样。 周期

16、采样周期采样-就是以相同的时间间隔进行采样，就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟信号即把一个连续变化的模拟信号y y( (t t) )，按一定的时间，按一定的时间间隔间隔T T 转变为在瞬时转变为在瞬时0 0，T T，2 2T T，的一连串脉冲序的一连串脉冲序列信号列信号 y y* *( (t t) )，如下图所示。，如下图所示。采样器的常用术语：采样器的常用术语：采样器或采样开关采样器或采样开关: :执行采样动作的装置执行采样动作的装置采样时间或采样宽度采样时间或采样宽度:采样开关每次闭合的时间采样开关每次闭合的时间采样周期采样周期T:T:采样开关每次通断的时间间隔采样开关每

17、次通断的时间间隔 在实际系统中，在实际系统中， T T ，也就是说，可以近似地认为采，也就是说，可以近似地认为采样信号样信号y y* *( (t t) )是是y y( (t t) )在采样开关闭合时的瞬时值在采样开关闭合时的瞬时值。0t0T2T3Tt采样器y( t )*y( t )*y( t )y( t ) T图2-7 信号的采样过程由经验可知，采样频率越高，采样信号由经验可知，采样频率越高，采样信号 y*(t)越接近原信号越接近原信号y(t)，但若采样频率过高，在实时控制系统中将会把许多宝，但若采样频率过高，在实时控制系统中将会把许多宝贵的时间用在采样上，从而失去了实时控制的机会。为了使贵的

18、时间用在采样上，从而失去了实时控制的机会。为了使采样信号采样信号y*(t)既不失真，又不会因频率太高而浪费时间，我既不失真，又不会因频率太高而浪费时间，我们可依据香农采样定理。香农定理指出：为了使采样信号们可依据香农采样定理。香农定理指出：为了使采样信号y*(t)能完全复现原信号能完全复现原信号y(t)，采样频率，采样频率f 至少要为原信号最高至少要为原信号最高有效频率有效频率fmax的的2倍，即倍，即f 2fmax。 采样定理给出了采样定理给出了y*(t)唯一地复现唯一地复现y(t)所必需的最低采样频所必需的最低采样频率。实际应用中，常取率。实际应用中，常取f （510）fmax。2.2.采

19、样保持器采样保持器1) 零阶采样保持器零阶采样保持器-零阶采样保持器是在两次采样的零阶采样保持器是在两次采样的间隔时间隔时间间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理电路与工作波形如下图所示。原理电路与工作波形如下图所示。 INV1A2AHCOUTVSOUTVINVtt图 2-8 采 样 保 持 器 路电理原)a (性波作工)b(采 样保 持 采样保持器由输入输出缓冲放大器采样保持器由输入输出缓冲放大器A1A1、A2A2和采样开关和采样开关S S、保持电容保持电容CH等组成。采样期间，开关等组成。采样期间，开关S S闭合，输入电压

20、闭合，输入电压V VININ通通过过A1A1对对CH快速充电，输出电压快速充电，输出电压V VOUTOUT跟随跟随V VININ变化；保持期间变化；保持期间, ,开开关关S S断开断开, ,由于由于A2A2的输入阻抗很高的输入阻抗很高, ,理想情况下电容理想情况下电容C CH H将保持电将保持电压压V VC C不变不变, ,因而输出电压因而输出电压V VOUTOUT= =V VC C 也保持恒定。也保持恒定。 显然，保持电容显然，保持电容CH的作用十分重要。实际上保持的作用十分重要。实际上保持期间的电容保持电压期间的电容保持电压VC在缓慢下降，这是由于保持在缓慢下降，这是由于保持电容的电容的漏

21、电流漏电流所致。保持电压所致。保持电压VC的变化率为的变化率为: HDdcdCItVID-为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的输入电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电输入电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电流等。流等。电容电容CH值值-增大电容增大电容CH值可以减小电压变化率，但值可以减小电压变化率，但同时又会增加充电即采样时间，因此保持电容的容同时又会增加充电即采样时间，因此保持电容的容量大小与采样精度成正比而与采样频率成反比。量大小与采样精度成正比而与采样频率成反比。2)零阶集成采样保持器零阶集成采样保持器-常用的零阶集成采样保持器有

22、常用的零阶集成采样保持器有AD582,LF198/298/398等。这里，用等。这里，用TTL逻辑电平控制采样和保持状逻辑电平控制采样和保持状态，如态，如AD582的的采样电平采样电平为为“0”，保持电平保持电平为为“1”，而，而LF198的则相反。的则相反。 在在A/DA/D通道中，采样保持器的采样和保持电平应通道中，采样保持器的采样和保持电平应与后级的与后级的A/DA/D转换相配合，该电平信号既可以由其它转换相配合，该电平信号既可以由其它控制电路产生，也可以由控制电路产生，也可以由A/DA/D转换器直接提供。转换器直接提供。 总之，保持器在总之，保持器在采样期间采样期间，不启动不启动A/D

23、A/D转换器，转换器，而一旦进入而一旦进入保持保持期间，则期间，则立即启动立即启动A/DA/D转换器，从而转换器，从而保证保证A/D A/D 转换时的模拟输入转换时的模拟输入电压恒定电压恒定，以确保，以确保A/DA/D转转换精度换精度。1.1.工作原理工作原理 A/D A/D转换原理主要有：逐位逼近式转换原理主要有：逐位逼近式A/DA/D，双积分式，双积分式A/DA/D，电压，电压/ /频率式频率式A/DA/D。1）逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D转换原理转换原理 一个一个n n位位A/DA/D转换器是由转换器是由n n位寄存器、位寄存器、n n位位D/AD/A转换转换器、运算比较器、控制逻辑

24、电路、输出锁存器等五器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。如图所示，可以得到数字信号。部分组成。如图所示，可以得到数字信号。 A/DA/D转换器转换器一个 n 位A/D转换器的模数转换表达式是 2nINRRRVVBVV式中：n-n位A/D转换器 ， -基准电压源的正、负输入 -要转换的输入模拟量 B-转换后的输出数字量RVRVINV 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。2）双积分式A/D转换原理 双积分式A/D转换原理如图2-7-7所示，在转换开始信号控制下，开关接通模拟输入端，输入的模拟电压VIN 在固定时间T内对积分器上的

25、电容C充电（正向积分），时间一到，控制逻辑将开关切换到与VIN极性相反的基准电源上，此时电容C开始放电（反向积分），同时计数器开始计数。当比较器判定电容C放电完毕时就输出信号，由控制逻辑停止计数器的计数，并发出转换结束信号。这时计数器所记的脉冲个数正比于放电时间。放电时间T1或T2又正比于输入电压VIN，即输入电压大，则放电时间长，计数器的计数值越大。因此，计数器计数值的大小反映了输入电压VIN在固定积分时间T内的平均值。 此种A/D转换器的常用品种有输出为3位半BCD码（二进制编码的十进制数）的ICL7107、MC14433、输出为4位半BCD码的ICL7135等。 2.2.性能指标性能指标

26、a.a.分辨率分辨率: : A/DA/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度。转换器对微小输入信号变化的敏感程度。b.b.转换精度转换精度: : A/DA/D转换器的转换精度可以用转换器的转换精度可以用绝对误差绝对误差和和相对误差相对误差来表示。来表示。 绝对误差绝对误差，是指对应于一个给定数字量，是指对应于一个给定数字量A/DA/D转换器转换器的误差，其误差的大小由实际模拟量输入值和理论值的误差，其误差的大小由实际模拟量输入值和理论值之差来度量。绝对误差包括之差来度量。绝对误差包括增益误差增益误差，零点误差零点误差和和非非线性误差线性误差等。等。 相对误差相对误差是指是指绝对误差绝对误差与与满

27、刻度值满刻度值之比，一般用之比，一般用百分数来表示，对百分数来表示，对A/DA/D转换器常用最低有效值的位数转换器常用最低有效值的位数LSBLSB（Least Significant Bit)Least Significant Bit)）来表示，）来表示，1LSB = 11LSB = 12 2n n 。c.c.转换时间转换时间: :A/DA/D转换器完成一次转换所需的时间称转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。如逐位逼近式为转换时间。如逐位逼近式A/D A/D 转换器的转换时间转换器的转换时间为微秒级，双积分式为微秒级，双积分式A/DA/D转换器的转换时间为毫秒级。转换器的转换时间为毫秒级

28、。2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1) ADC08091) ADC0809芯片介绍芯片介绍2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路A/DA/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1) ADC08091) ADC0809芯片介绍芯片介绍8 8位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D转换器转换器分辨率为分辨率为1/ 1/ 2 28 8 0.39 % 0.39 %模拟电压转换范围是模拟电压转换范围是 0 - +5 V0 - +5 V标准转换时间为标准转换时间为100100 s s采用采用2828脚双立直插式封装脚双立

29、直插式封装2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1) ADC08091) ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809内部结构及引脚内部结构及引脚) )2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1)1) ADC0809ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809引脚功能引脚功能) )IN0IN7：8路模拟量输入端。允许路模拟量输入端。允许8路模拟量路模拟量分时输入，共用一个分时输入，共用一个A/D转换器。转换器。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存上升沿

30、时锁存3位通道选择信号。位通道选择信号。A、B、C：3位地址线即模拟量通道选择线。位地址线即模拟量通道选择线。START：启动：启动A/D转换信号，输入，高电平有效。转换信号，输入，高电平有效。上升沿上升沿时将转换器内部时将转换器内部清零清零，下降沿下降沿时时启动启动A/D转换转换。2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1)1) ADC0809ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809引脚功能引脚功能) )EOC：转换结束信号，输出，高电平有效。：转换结束信号，输出，高电平有效。OE：输出允许信号，输入，高电平有效。该信：输出允许信号，输入，高电平

31、有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，将号用来打开三态输出缓冲器，将A/D转换得到的转换得到的8位数字量送到数据总线上。位数字量送到数据总线上。D0D7：8位数字量输出。位数字量输出。D0为最低位，为最低位，D7为为最高位。由于有三态输出锁存，可与主机数据总最高位。由于有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连。线直接相连。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1)1) ADC0809ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809引脚功能引脚功能) )CLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为：外部时钟脉冲输入端。

32、当脉冲频率为640kHz时，时，A/D转换时间为转换时间为100 s。VR+，VR-：基准电压源正、负端。取决于被转：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电压范围换的模拟电压范围,通常通常VR+ = 5V DC,VR- = 0V 。Vcc：工作电源，：工作电源， 5VDC。GND：电源地。：电源地。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1)1) ADC0809ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809的内部转换时序的内部转换时序) )4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器ALEC.B.ASTARTEOCO

33、EDO7DO0图2-12 ADC0809的转换时序4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路1) ADC08091) ADC0809芯片介绍芯片介绍(ADC0809(ADC0809的内部转换时序的内部转换时序) ) 其转换过程表述如下其转换过程表述如下：首先首先ALEALE的上升沿将地址的上升沿将地址代码锁存、译码后选通模拟开关中的某一路，使该代码锁存、译码后选通模拟开关中的某一路，使该路模拟量进入到路模拟量进入到A/DA/D转换器中。同时转换器中。同时STARTSTART 的的上升沿上升沿将转换器内部清零，将转换器内部清零，下降沿

34、起动下降沿起动A/DA/D转换转换，即在时钟，即在时钟的作用下，逐位逼近过程开始，的作用下，逐位逼近过程开始，转换结束信号转换结束信号EOCEOC即即变为低电平。当变为低电平。当转换结束后转换结束后，EOCEOC恢复高电平恢复高电平，此时，此时，如果对输出允许如果对输出允许OEOE输入一高电平输入一高电平命令，则可读出数命令，则可读出数据。据。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路 A/DA/D转换器的接口电路主要是解决主机如何分转换器的接口电路主要是解决主机如何分时采集多

35、路模拟量输入信号的，即主机如何启动时采集多路模拟量输入信号的，即主机如何启动A/DA/D转换，如何判断转换，如何判断A/DA/D完成一次模数转换，如何读入并完成一次模数转换，如何读入并存放转换结果的。下面仅介绍两种典型的接口电路。存放转换结果的。下面仅介绍两种典型的接口电路。 （a a）查询方式读）查询方式读A/DA/D转换数转换数 （b b）定时方式读）定时方式读A/DA/D转换数转换数 4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转

36、换数) ) 下图为采用程序查询方式的下图为采用程序查询方式的8 8路路8 8位位A/DA/D转换接口转换接口电路，由电路，由PCPC总线、总线、ADC0809ADC0809以及以及138138译码器、译码器、74LS0274LS02非与门（即或非门）与非与门（即或非门）与74LS12674LS126三态缓冲器组成。图三态缓冲器组成。图中，启动转换的板址中，启动转换的板址PA= 0100 0000PA= 0100 0000，每一路的口址，每一路的口址分别为分别为000-111000-111，故，故8 8路转换地址为路转换地址为40H-47H40H-47H。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器

37、VIN0VIN1VIN7VIN6VIN5VIN4VIN3VIN2三态输出锁存缓冲器DO0DO1DO2DO3DO4DO6DO5DO7地址锁存 与译码ABCALEOECLOCKSTARTADC08098路A/D转换器 138译码器ABCGAGBG1A0A1A2D0D7D6D5D4D3D2D1IOWIORAENA7A6A5A4A3PC总线Y0Y1EOCPAPB12602(1)02(2)02(3)图 3-15 查询方式读A/D转换数4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方

38、式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) )接口程序如下接口程序如下： MOV BXMOV BX，BUFF BUFF ；置采样数据区首址；置采样数据区首址 MOV CXMOV CX，08H 08H ；路输入；路输入STARTSTART：OUT PAOUT PA，AL AL ；启动；启动A/DA/D转换转换 REOCREOC：IN ALIN AL，PB PB ；读；读EOCEOC RCR AL RCR AL，01 01 ；判断；判断EOCEOC JNC REOC JNC REOC ；若；若EOC=0EOC=0，继续查询，继续查询 4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092.

39、ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) ) IN AL IN AL，PA PA ；若；若EOC=1EOC=1，读，读A/DA/D转换数转换数 MOV BXMOV BX，AL AL ；存；存A/DA/D转换数转换数 INC BX INC BX ；存；存A/DA/D转换数地址加转换数地址加1 1 INC PA INC PA ；接口地址加；接口地址加1 1 LOOP START LOOP START ；循环；循环4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及

40、其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) ) 首先首先主机执行一条启动转换第主机执行一条启动转换第1 1路的输出指令，路的输出指令，即是把即是把ALAL中的数据送到地址为中的数据送到地址为PAPA的接口电路中，此的接口电路中，此时时ALAL中的内容无关紧要，而地址中的内容无关紧要，而地址PA=40HPA=40H使使138138译码器译码器的输出一个低电平，连同的输出一个低电平，连同OUTOUT输出指令造成的低电平，输出指令造成的低电平，从而使非与门从而使非与门02(3)02(3)产生脉冲信号到引脚产生脉冲

41、信号到引脚ALEALE和和STARTSTART，ALEALE的上升沿将通道地址代码的上升沿将通道地址代码000000锁存并进行译码，锁存并进行译码，选通模拟开关中的第一路选通模拟开关中的第一路VIN0VIN0，使该路模，使该路模4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) )拟量进入到拟量进入到A/DA/D转换器中；同时转换器中；同时STARTSTART的上升沿将的上升沿将ADC0809ADC0809中的逐位逼近寄存器中的逐位逼

42、近寄存器SARSAR清零清零, ,下降沿启动下降沿启动A/DA/D转换，即在时钟的作用下，逐位逼近的模数转换转换，即在时钟的作用下，逐位逼近的模数转换过程开始。过程开始。 接着接着，主机查询转换结束信号，主机查询转换结束信号EOCEOC的状态，通过的状态，通过执行输入指令，即是把地址为执行输入指令，即是把地址为PBPB的转换接口电路的的转换接口电路的数据读入数据读入ALAL中，此时地址中，此时地址PB= 0100 1000PB= 0100 1000（48H48H），），4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092

43、) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) )使使138138译码器的输出一个低电平，连同译码器的输出一个低电平，连同ININ输入指令造输入指令造成的低电平，从而使非与门成的低电平，从而使非与门0202（1 1）产生脉冲信号并）产生脉冲信号并选通选通126126三态缓冲器，使三态缓冲器，使EOCEOC电平状态出现在数据线电平状态出现在数据线D0D0上。然后将读入的上。然后将读入的8 8位数据进行带进位循环右移，位数据进行带进位循环右移，以判断以判断EOCEOC的电平状态。如果的电平状态。如果EOCEOC为为“0 0”，表示，表示A/DA/D转转换正在

44、进行，程序再跳回换正在进行，程序再跳回REOCREOC，反复查询；当，反复查询；当EOCEOC为为“1 1”，表示，表示A/D A/D 转换结束。转换结束。 4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) ) 然后然后，主机便执行一条输入指令，把接口地址，主机便执行一条输入指令，把接口地址为为PAPA的转换数据读入的转换数据读入ALAL中，即是输出一个低电平，中，即是输出一个低电平，连同连同ININ输入指令造成的低电平，从而使非与

45、门输入指令造成的低电平，从而使非与门0202（2 2）产生脉冲信号，即产生输出允许信号到产生脉冲信号，即产生输出允许信号到OEOE，使，使ADC0809ADC0809内部的三态输出锁存器释放转换数据到数据内部的三态输出锁存器释放转换数据到数据线上，并被读入到线上，并被读入到ALAL中。中。 4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (查询方式读查询方式读A/DA/D转换数转换数) ) 接下来接下来，把，把A/DA/D转换数据存入寄存器转换数据存入寄存器BXBX所指的数所指的

46、数据区首地址据区首地址0000H0000H中，数据区地址加中，数据区地址加1 1，为第，为第2 2路路A/DA/D转换数据的存放作准备；接口地址加转换数据的存放作准备；接口地址加1 1，准备接通第，准备接通第2 2路模拟量信号；计数器减路模拟量信号；计数器减1 1，不为，不为0 0则返回到则返回到STARTSTART，继续进行下一路的继续进行下一路的A/DA/D转换。如此循环，直至完成转换。如此循环，直至完成8 8路路A/DA/D转换。转换。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接

47、口电路( (定时方式读定时方式读A/DA/D转换数转换数) ) 定时方式读定时方式读A/DA/D转换数的电路组成如下图所示，转换数的电路组成如下图所示，它与查询方式不同的仅仅在于启动它与查询方式不同的仅仅在于启动A/DA/D转换后，无需转换后，无需查询查询EOCEOC引脚状态而只需等待转换时间，然后读取引脚状态而只需等待转换时间，然后读取A/DA/D转换数。因此，硬件电路可以取消转换数。因此，硬件电路可以取消126126三态缓冲三态缓冲器及其控制电路，软件上也相应地去掉查询器及其控制电路，软件上也相应地去掉查询EOCEOC电平电平的的REOCREOC程序段，而换之以调用定时子程序（程序段，而换

48、之以调用定时子程序（CALL CALL DELAYDELAY）即可。）即可。 4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (定时方式读定时方式读A/DA/D转换数转换数) ) 这里定时时间应略大于这里定时时间应略大于ADC0809ADC0809的实际转换时间。的实际转换时间。图中，图中，ADC0809ADC0809的的CLOCKCLOCK引脚（输入时钟频率）为引脚（输入时钟频率）为640KHz640KHz，因此转换时间为，因此转换时间为8 88 8个时钟周期，相当于个时钟周期

49、，相当于100S100S。4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器定时方式读定时方式读A/DA/D转换数转换数VIN0VIN1VIN7VIN6VIN5VIN4VIN3VIN2三态输出锁存缓冲器DO0DO1DO2DO3DO4DO6DO5DO7地址锁存 与译码ABCALEOE640KHzCLOCKSTARTADC0809 138译码器ABCGAGBG1A0A1A2D0D7D6D5D4D3D2D1IOWIORAENA7A6A5A4A3PC总线Y0Y18路A/D转换器PA02(1)02(2)4.4 A/D4.4 A/D转换器转换器2. ADC08092. ADC0809及其接口电路及其接口电路2) ADC08092) ADC0809接口电路接口电路( (定时方式读定时方式读A/DA/D转换数转换数) ) 显然，定时方式比查询方式简单，但前提是必须预先精显然，定时方式比查询方式简单，但前提是必须预