第4章智能仪器的数据采集系统设计0501LAST

1、第第4章章智能仪器数据采集系统设计智能仪器数据采集系统设计 智能仪器的数据采集系统简称智能仪器的数据采集系统简称DAS（Data Acquisition System），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由主机电路进行存储、行采集、量化转换成数字量后，以便由主机电路进行存储、处理、显示或打印的装置。处理、显示或打印的装置。4.1 数据采集系统的组成数据采集系统的组成 传感器传感器模拟信号调理模拟信号调理数据采集电路数据采集电路微机系统微机系统图图4.1 数据采集系统的基本组成数据采集系统的基本组成 实际的数据采集系统

2、往往需要同时测量多种物理量或同一种物实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输入通道更具有普遍性。理量的多个测量点。因此，多路模拟输入通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。 一、集中采集式一、集中采集式 多通道一般数据采集系统，通过多路转换器多通道一般数据采集系统，通过多路转换器MUX将各路将各路模拟量轮流送给模拟量轮流送给SHA和和ADC进行模数转换。进

3、行模数转换。多通道同步型数据采集系统，它在每个通道上都加一个多通道同步型数据采集系统，它在每个通道上都加一个SHA，并受同一，并受同一触发信号控制，这样可以做到同一时刻内将采集信号暂存在各自的保持触发信号控制，这样可以做到同一时刻内将采集信号暂存在各自的保持电容上，以后由微型机逐一取走并经电容上，以后由微型机逐一取走并经ADC送入存储器中。送入存储器中。二、分散采集式二、分散采集式(分布式分布式)多通道并行数据采集系统，它是许多单通道数据采集系统的组合，共同多通道并行数据采集系统，它是许多单通道数据采集系统的组合，共同由控制电路进行控制。他的灵活性强，可满足不同精度，不同速度数据由控制电路进行

4、控制。他的灵活性强，可满足不同精度，不同速度数据采集的要求。采集的要求。在智能仪器的信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合在智能仪器的信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有仪用放大器仪用放大器、程控增益放大器程控增益放大器以及以及隔离放大器隔离放大器等。等。二、二、 仪用放大器仪用放大器 仪用放大器又称为测量放大器，是一种带有精密差动电压增仪用放大器又称为测量放大器，是一种带有精密差动电压增益的器件，由于他具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模益的器件，由于他具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共

5、模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点，使其干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点，使其在检测微弱信号的的系统中被广泛用作前置放大器。在检测微弱信号的的系统中被广泛用作前置放大器。 仪用放大器的基本结构仪用放大器的基本结构 U5仪用放大器上下对称，即图中仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4R3，R5R6。仪用放大器的增益可按下式确定：)()(4321043210UUUUUUUUUUKiiii由第一级放大器A1和A2可得：GGiiRIUU21113RIUUGi224RIUUGiGiiRRRUUUU2121431)()( 差动输入输出级放大器差动输入输出级放大器A1A1、A

6、2A2对差动信号输入的增益为对差动信号输入的增益为1+2R1/RG1+2R1/RG。由于结构对称，且允许被放大信号直接加到输入。由于结构对称，且允许被放大信号直接加到输入端，因而保证了很强的端，因而保证了很强的共模抑制能力共模抑制能力。G1RR21AD620 是AD公司的一款仪用放大器，他是一个低成本, 高精度的单片仪器放大器, 8 脚，有双列直插封装和SOIC 贴片封装，AD620的管脚如图5-4所示。49.41GkGR 49.41GRkGAD620 的两个内部增益电阻为24.7K欧, 因而增益方程式为：对于所需的增益, 则外部控制电阻值为：表5-1 AD620参数信号采集系统中，信号变化的

7、幅度比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。在智能仪器中，可变增益放大器的在智能仪器中，可变增益放大器的增益由仪器内置计算机的程序控制。增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。为程控放大器。三、三、 程控增益放大器程控增益放大器图图5.10 程控放大器原理框图程控放大器原理框图 四、四、隔离放大器隔离放大器实际应用中，经常遇到信号源实际应用中，经常遇到信号源( (传感器传感器) )和系统间不允和系统间不允许有直接的电信号连接。许有直接的电信号连接。 隔离放大器是利用光

8、、电容和变压器的耦合技术，实现放大器隔离放大器是利用光、电容和变压器的耦合技术，实现放大器输入和输出的欧姆隔离。输入和输出的欧姆隔离。 原因之三是传感器和系统必须电隔离，如心电图、脑原因之三是传感器和系统必须电隔离，如心电图、脑电图等，此类仪器必须杜绝因漏电流可能对病人的电击。电图等，此类仪器必须杜绝因漏电流可能对病人的电击。 原因之二是避免意外的高压浪涌通过地对仪表放大原因之二是避免意外的高压浪涌通过地对仪表放大器造成损坏。器造成损坏。 原因之一是因为被测量信号为弱信号，实际现场干原因之一是因为被测量信号为弱信号，实际现场干扰非常大，又存在很高的共模电压。扰非常大，又存在很高的共模电压。4.

9、4 模拟多路开关及接口模拟多路开关及接口n多路开关的主要用途是把模拟信号分时的送入多路开关的主要用途是把模拟信号分时的送入A/DA/D转换器，或者转换器，或者把经计算机处理后的数据由把经计算机处理后的数据由D/AD/A转换器转换成的模拟信号，按一转换器转换成的模拟信号，按一定的顺序输出到不同的控制回路中。定的顺序输出到不同的控制回路中。n前者称为多路开关，完成多到一的转换（多路调制器）。后者前者称为多路开关，完成多到一的转换（多路调制器）。后者称为反多路开关或多路分配器，完成一到多的转换（多路解调称为反多路开关或多路分配器，完成一到多的转换（多路解调器）。器）。n多路开关有机械触点式开关（最常

10、用的是干簧继电器）和半导多路开关有机械触点式开关（最常用的是干簧继电器）和半导体模拟开关。体模拟开关。 前者主要用于大电流、高电压、低速切换场所；前者主要用于大电流、高电压、低速切换场所；后者主要用于小电流、低电压、高速切换场所。半导体多路开关后者主要用于小电流、低电压、高速切换场所。半导体多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系统的干扰小，因而目前智能仪器多采用这种开关，下面以统的干扰小，因而目前智能仪器多采用这种开关，下面以CD4051CD4051为例说明多路开关在数据采集系统中的使用方法。为例说明多路开关在数

11、据采集系统中的使用方法。八通道双向多路开关八通道双向多路开关CD4051输入状态 接通通道号 INH C B A CD4051 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 CD4051的真值表的真值表多路开关的扩展多路开关的扩展4.5 采样保持电路采样保持电路采样与保持器是指在输入逻辑电平控制下处于采样与保持器是指在输入逻辑电平控制下处于“采样采样”或或“保保持持”两种工作状态的电路。在两种工作状态的电路。在“采样采样”状态下电路的输出跟踪状态下电路的输出跟踪输入模拟信号，在输入

12、模拟信号，在“保持保持”状态下电路的输出保持着前一次采状态下电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直至进入下一次采样状态为样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直至进入下一次采样状态为止。通常，采样保持器用作锁存某一时刻的模拟信号，以便进止。通常，采样保持器用作锁存某一时刻的模拟信号，以便进行数据处理（量化）或模拟控制。行数据处理（量化）或模拟控制。 VIN VOUT采样 保持t 工作方式采样/保持器输入输出特性 采样保持电路的技术指标n1. 1. 孔径时间（孔径时间（t tAPAP）孔径时间是指发出保持指令到开关真正打开所需要的时间。孔径时间是指发出保持指令到开关真正打开所需要的时间

13、。n2. 2. 捕捉时间（捕捉时间（t tACAC）捕捉时间是指从开始采样到采样保持器输出达到当前输入信捕捉时间是指从开始采样到采样保持器输出达到当前输入信号的值所需要的时间。显然号的值所需要的时间。显然A/DA/D转换的采样时间必须大于捕转换的采样时间必须大于捕捉时间，才能保证采样阶段充分的采集到输入模拟信号。捉时间，才能保证采样阶段充分的采集到输入模拟信号。n3. 3. 保持电压的下降保持电压的下降n4.4.馈通馈通4.6 A/D转换器及接口设计转换器及接口设计4.6.1 A/D转换器概述转换器概述nA/D转换器转换器ADC(Analog-Digital Converter)nA/D转换器

14、：是指将模拟量转换为数字量的器件，转换器：是指将模拟量转换为数字量的器件，n 这个模拟量泛指电压、电阻、电流、这个模拟量泛指电压、电阻、电流、n 时间等参量，但在一般情况下，模拟时间等参量，但在一般情况下，模拟n 量是指电压。量是指电压。nA/D转换器常用的几项技术指标：转换器常用的几项技术指标：nA/D转换器的分类：转换器的分类：A/D转换器常用的几项技术指标转换器常用的几项技术指标n1、分辨率与量化误差、分辨率与量化误差n2、转换精度、转换精度n3、转换速率、转换速率n4、满刻度范围、满刻度范围REFnin2nV2VDn分辨率：分辨率：是衡量是衡量ADCADC分辨输入模拟量最小变换程度的技

15、术指标即分辨输入模拟量最小变换程度的技术指标即指指A/DA/D转换器可转换成数字量的最小电压（量化阶梯）。转换器可转换成数字量的最小电压（量化阶梯）。一般来一般来说，说，A/D转换器的位数越多，其分辨率则越高。转换器的位数越多，其分辨率则越高。n分辨率习惯上用输出二进制数或分辨率习惯上用输出二进制数或BCDBCD码数的位数来表示码数的位数来表示 如如AD574AD574可输出二进制可输出二进制1212位即可用位即可用2 21212 个数进行量化故个数进行量化故nAD574AD574的分辨率为的分辨率为1212位位n用百分比表示：用百分比表示：1/21/21212100%=0.025%100%=

16、0.025%n输出数字量与模拟量关系输出数字量与模拟量关系: : 12N分辨率满刻度值1、分辨率与量化误差、分辨率与量化误差n量化误差量化误差是由于是由于ADC有限字长数字量对输入模拟量进有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）而引起的误差，其大小理论上为行离散取样（量化）而引起的误差，其大小理论上为一个一个LSB。n量化误差和分辨率是统一的，量化误差和分辨率是统一的， 提高分辨率可以减小量化误差提高分辨率可以减小量化误差2、转换精度、转换精度n转换精度反映了一个实际转换精度反映了一个实际ADC与一个理想与一个理想ADC在量化值上在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。由于理想的差

17、值，用绝对误差或相对误差来表示。由于理想ADC也也存在着量化误差，因此实际存在着量化误差，因此实际ADC转换精度所对应的误差指转换精度所对应的误差指标是标是不包括量化误差不包括量化误差在内的。在内的。转换精度转换精度综合误差综合误差分项误差分项误差偏移误差偏移误差满刻度误差满刻度误差非线性误差非线性误差微分非线性误差微分非线性误差偏移误差偏移误差n偏移误差：偏移误差：指输出为零时，指输出为零时，输入不为零的值，所以有输入不为零的值，所以有时又称时又称零点误差零点误差。n偏移误差通常由放大器的偏移误差通常由放大器的偏移电压或偏移电流引起，偏移电压或偏移电流引起，一般可在一般可在ADC的外部加接的

18、外部加接调节电位器，将偏移误差调节电位器，将偏移误差调至最小。调至最小。满刻度误差满刻度误差n满刻度误差满刻度误差：又称：又称增益误差增益误差，指，指ADCADC满满刻度时输出的代码刻度时输出的代码所对应的实际输入所对应的实际输入电压值与理想输入电压值与理想输入电压值之差。电压值之差。n满刻度误差一般是满刻度误差一般是由参考电压、放大由参考电压、放大器的放大倍数、电器的放大倍数、电阻网络误差等引起。阻网络误差等引起。满刻度误差也可通满刻度误差也可通过外部电路来修正。过外部电路来修正。非线性误差非线性误差n非线性误差非线性误差: :指实指实际转移函数与理想际转移函数与理想直线的最大偏移。直线的最

19、大偏移。n注非线性误差不包注非线性误差不包括量化误差、偏移括量化误差、偏移误差和满刻度误差。误差和满刻度误差。微分非线性误差微分非线性误差n微分非线性误差：是微分非线性误差：是指转换器实际阶梯电指转换器实际阶梯电压与理想阶梯电压之压与理想阶梯电压之间的差值。间的差值。n转换速率转换速率是指是指ADCADC在每秒钟内所能完成的转换次数。这个指在每秒钟内所能完成的转换次数。这个指标也可表述为标也可表述为转换时间转换时间，即，即A/DA/D转换从启动转换到转换结束转换从启动转换到转换结束得到稳定的数字量输出所需的时间，二者互为得到稳定的数字量输出所需的时间，二者互为倒数倒数。n例如：例如：A/DA/

20、D转换器的转换速率为转换器的转换速率为5MHz5MHz，则其转换时间为，则其转换时间为200ns200ns。n常见有超高速（转换时间常见有超高速（转换时间1ns1ns）、高速（转换时间）、高速（转换时间11s s）、）、中速（转换时间中速（转换时间1ms1ms）和低速（转换时间）和低速（转换时间1s)1s)等。等。3、转换速率、转换速率4.满刻度范围满刻度范围n满刻度范围是指满刻度范围是指ADC所允许输入电压范围。如所允许输入电压范围。如（05V），（），（010V），（），（-5V+5V）。）。n满刻度值只是个名义值，实际的满刻度值只是个名义值，实际的ADC的最大输的最大输入值总比满刻度值小

21、入值总比满刻度值小1/2n。这是因为。这是因为0值也是值也是2n个转换器状态中的一个。个转换器状态中的一个。n例如例如8位位ADC，其满刻度值为，其满刻度值为10V，而实际允，而实际允许的最大输入电压值为许的最大输入电压值为n255/25610=9.96V。 REFninnVVD22 A/D转换器的分类转换器的分类n逐次逼近式逐次逼近式ADC转换时间与转换精度比较适中，转换时间一转换时间与转换精度比较适中，转换时间一般在般在s级，转换精度一般在级，转换精度一般在0.1%上下。他们被广泛应用于上下。他们被广泛应用于中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统等中高速数据采集系统、在线自动检

22、测系统、动态测控系统等领域中。这类器件与双积分式领域中。这类器件与双积分式A/D转换器相比抗干扰能力较转换器相比抗干扰能力较差，价格也较高。差，价格也较高。n积分式积分式ADC核心部件是积分器，因此速度慢通常低于核心部件是积分器，因此速度慢通常低于20次次/s，其转换时间一般在，其转换时间一般在ms级或更长，但抗干扰性能强，转级或更长，但抗干扰性能强，转换精度可达换精度可达0.01%或更高。广泛应用于各类数字仪表（如或更高。广泛应用于各类数字仪表（如数字万用表、高精度电压表）和低速数据采集系统中。数字万用表、高精度电压表）和低速数据采集系统中。并行式并行式ADCn并行式又称闪烁式（瞬时比较编码

23、式并行式又称闪烁式（瞬时比较编码式A/D转换器），由转换器），由于采用并行比较，因而转换速率可以达到很高，其转换于采用并行比较，因而转换速率可以达到很高，其转换时间可达时间可达ns级，但抗干扰性较差，由于工艺限制，其分级，但抗干扰性较差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于辨率一般不高于8位。这类位。这类ADC可用于数字示波器等要可用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器中，并且在数字通信技术和高速求转换速度较快的仪器中，并且在数字通信技术和高速数据采集技术中得到了重视和应用。数据采集技术中得到了重视和应用。改进型改进型ADC5.6.2 逐次比较式逐次比较式A/D转换器与微型计算机接口转换器与微型计

24、算机接口n一、逐次逼近式一、逐次逼近式A/D原理概述原理概述n二、二、ADC0809芯片及其接口芯片及其接口二、二、ADC0809芯片及其接口芯片及其接口nADC0809ADC0809是是8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A AD D转换器转换器，具有具有8 8个模拟量输个模拟量输入通道，入通道，它能分时的对它能分时的对8路模拟量信号进行路模拟量信号进行A/D转换，结转换，结果为果为8位二进制数。位二进制数。n最大不可调误差小于最大不可调误差小于1LSB1LSB，典型时钟频率为，典型时钟频率为640kHz640kHz，每每一一通道的转换通道的转换约需约需66736673个时钟周期，因此转换个时钟周

25、期，因此转换时间约时间约为为100s100s。ADC0809ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为范围为10101280kHz1280kHz。 1. ADC0809的引脚及结构的引脚及结构2. ADC0809的时序的时序3. ADC0809与与8051的接口及程序设计的接口及程序设计ADC0809的内部结构逻辑图的内部结构逻辑图 2827262524232221201912345678910IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLK1112131418171615D4D0

26、VREF-D2VCCVREF+GNDD1ADC0809IN0IN0IN7:IN7:8 8个通道的模拟量输入端。可输入个通道的模拟量输入端。可输入 0 05V5V待转换的模拟电压。待转换的模拟电压。A、B、C：通道选择端。当通道选择端。当CBA=000CBA=000时，时，IN0IN0输输 入；当入；当CBA=111CBA=111时，时，IN7IN7输入。输入。ALE：地址锁存信号输入端。该信号在上升沿地址锁存信号输入端。该信号在上升沿处把处把A A、B B、C C的状态锁存到内部的多路开关地的状态锁存到内部的多路开关地址锁存器中，从而选通址锁存器中，从而选通8 8路模拟信号中的某一路模拟信号中

27、的某一路。路。 STARTSTART：启动转换信号输入端。从启动转换信号输入端。从STARTSTART端输入端输入一个正脉冲，其下跳沿启动一个正脉冲，其下跳沿启动ADC0809ADC0809开始转换。开始转换。脉冲宽度应不小于脉冲宽度应不小于100100200ns200ns。D0D0D7D7：8 8位转换结果输出端。三态输出，位转换结果输出端。三态输出，D7D7是是最高位，最高位，D0D0是最低位。是最低位。REFREF（- -）、）、REFREF（+ +）：）：参考电压输入端。参考电压输入端。ADC0809ADC0809的参考电压为的参考电压为5V5V。V VCCCC、GNDGND：供电电源

28、端。供电电源端。ADC0809ADC0809使用使用5V5V单一电源供电。单一电源供电。 CLKCLK：外部时钟输入信号，时钟频率决定了外部时钟输入信号，时钟频率决定了A/DA/D转换器的转换速率，转换器的转换速率， ADC0809ADC0809每一通道的转换约需每一通道的转换约需66667373个时钟周期，个时钟周期，ADC0809ADC0809的典的典 型时钟频率为型时钟频率为640kHz640kHz，转换时间约为，转换时间约为100s100s。EOCEOC：转换结束信号输出端。当转换结束信号输出端。当EOCEOC为高电平时表示转换结束，启动为高电平时表示转换结束，启动 A/DA/D转换时

29、它自动变为低电平。转换时它自动变为低电平。OEOE：输出允许端。输出允许端。OEOE为低电平时，为低电平时，D0D0D7D7为高阻状态，为高阻状态，OEOE为高电平为高电平 时，允许转换结果输出。时，允许转换结果输出。实现实现A/D转换的控制方式转换的控制方式n程序查询方式程序查询方式n延时等待方式延时等待方式n中断方式中断方式转换程序的功能是将由转换程序的功能是将由IN0端输入的端输入的05V模拟信号转模拟信号转换为对应的数字量换为对应的数字量00HFFH，然后再存入，然后再存入8051内部内部RAM的的30H单元中。令单元中。令8051的晶振频率为的晶振频率为12MHz。程序查询方式程序查

30、询方式n程序查询方式就是首先由微处理器向程序查询方式就是首先由微处理器向ADC发出启动信发出启动信号，然后读入转换结束信号，查询转换是否结束，若号，然后读入转换结束信号，查询转换是否结束，若转换结束，可以读入数据，否则在继续读入转换结束转换结束，可以读入数据，否则在继续读入转换结束信号进行查询，直至转换结束再读入数据。信号进行查询，直至转换结束再读入数据。n这种程序设计方法比较简单，可靠性高，但由于微机这种程序设计方法比较简单，可靠性高，但由于微机把许多时间都消耗在把许多时间都消耗在“查询查询”上，因而效率低。实际上，因而效率低。实际应用系统对于这点时间还是允许的，因此，这种方法应用系统对于这

31、点时间还是允许的，因此，这种方法应用比较普遍。应用比较普遍。延时等待方式延时等待方式n所谓延时等待方式是指在向所谓延时等待方式是指在向A/D发出启动信号发出启动信号后，先根据所采用的后，先根据所采用的A/D转换器所需的转换时转换器所需的转换时间间(例如例如ADC0809为为100s)进行软件延时等进行软件延时等待，延时程序执行后，待，延时程序执行后，A/D转换过程也已结束，转换过程也已结束，便可读入数据。便可读入数据。n在这种方式中，为了保险起见，通常延时时间在这种方式中，为了保险起见，通常延时时间应略大于应略大于A/D转换所需要的时间，占用了较多转换所需要的时间，占用了较多的时间，因而多用于

32、微处理器处理任务比较少的时间，因而多用于微处理器处理任务比较少的场合。这种方法的优点是可靠性高，不占用的场合。这种方法的优点是可靠性高，不占用查询端口。查询端口。中断方式中断方式n在中断方式中，微处理器启动在中断方式中，微处理器启动A/D转换后可转去处理转换后可转去处理其他事情，其他事情， A/D转换结束后便向微处理器发出中断申转换结束后便向微处理器发出中断申请信号，微处理器响应中断后再来读入数据。请信号，微处理器响应中断后再来读入数据。n这种方式下，微处理器与这种方式下，微处理器与A/D转换器并行工作，提高转换器并行工作，提高了工作效率。了工作效率。4.6.3 积分式积分式A/D转换器与微型

33、计算机接口转换器与微型计算机接口积分式积分式A/D转换器是一种间接式转换器是一种间接式A/D转换器，其工作转换器，其工作原理：先用积分器把输入模拟电压转换成中间量（时原理：先用积分器把输入模拟电压转换成中间量（时间间T或频率或频率f），然后再把中间量转换成数字。），然后再把中间量转换成数字。101012111TRCUUdtURCUdtURCdUdtdUCRUittiiBBi 101TRCUUi 2010132)(101TRCUUdtURCUdtURCdUdtdUCRURttRABBA iRUUTT12 201TRCUUR iRUUNN12 双积分式双积分式A/D转换器优点：转换器优点：抗干扰能

34、力强：因为抗干扰能力强：因为A/D转换的结果与输入信号的平均值成转换的结果与输入信号的平均值成正比。正比。性能性能/价格比高：由于在转换过程中的两次积分中使用了同价格比高：由于在转换过程中的两次积分中使用了同一积分器，又使用了同一时钟去测一积分器，又使用了同一时钟去测T1，T2。因此对积分器。因此对积分器和时钟的稳定性等指标都要求不高，成本降低。和时钟的稳定性等指标都要求不高，成本降低。缺点：缺点：速度慢。速度慢。积分器和比较器的失调偏移不能在两次积分中的低消，会造积分器和比较器的失调偏移不能在两次积分中的低消，会造成较大的转换误差。成较大的转换误差。MC14433A/D芯片及其接口芯片及其接

35、口n主要技术指标主要技术指标n原理及引脚图原理及引脚图n时序时序n与与8051的接口及程序的接口及程序 MC14433 MC14433是美国是美国MotorolaMotorola公司推出的单片公司推出的单片3 1/23 1/2位位A/DA/D转换器，其中集成了转换器，其中集成了双积分式双积分式A/DA/D转换器所有的转换器所有的CMOSCMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成

36、一个完整的自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/DA/D转换器。转换器。 MC14433MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的算机数据采集系统的A/DA/D转换接口。转换接口。 EOC:转换结束标志端，每一转换周期结束后，该转换结束标志端，每一转换周期结束后，该端输出一脉宽为端输出一脉宽为1/2时钟周期的正脉冲。时钟周期的正脉冲。DU:转换更新控制端。当向该端输入一正脉冲时，则当转换更新控制端。当向该端输入一正脉冲时，则当前转换周期的转换结果将被送入到输出锁存器，否则

37、输前转换周期的转换结果将被送入到输出锁存器，否则输出锁存器讲保留原来的数据。若出锁存器讲保留原来的数据。若DU与与EOC连接，则每一连接，则每一次转换结果都将被自动送出。次转换结果都将被自动送出。Q0,Q1,Q2,Q3:A/D转换结果输出端。采用转换结果输出端。采用BCD码，其中码，其中Q0为为LSB，Q3为为MSB。DS1,DS2,DS3,DS4:多路调制选通脉冲信号输出端多路调制选通脉冲信号输出端DS1期间，输出端期间，输出端Q3Q0除表千位信息外，还有超欠量程和极性标志信号，具除表千位信息外，还有超欠量程和极性标志信号，具体规定为：体规定为：Q3表千位数，表千位数，Q3=“0” 对应对应

38、1，反之对应，反之对应0Q2表极性，表极性，“1”表正，表正，“0”表负。表负。Q0=“1”表超或欠量程，当表超或欠量程，当Q3=“1”时欠量程，为时欠量程，为“0”超量程超量程Q3Q2Q1Q0+0 01 11 11 10 0-0 01 10 01 10 0+0 0欠量程欠量程1 11 11 11 1-0 0欠量程欠量程1 10 01 11 1+1 10 01 10 00 0-1 10 00 00 00 0+1 1过量程过量程0 01 11 11 1-1 1过量程过量程0 00 01 11 1DS1选通时的高位含义选通时的高位含义BCD码码3.8.2 并行并行DAC及接口及接口n一、工作原理一

39、、工作原理2d2d2d2d2VU001122334REF0二、二、D/A转换电路输入与输出形式转换电路输入与输出形式D/A转换器的数字量输入端可以分为：转换器的数字量输入端可以分为：不含数据锁存器；不含数据锁存器；含单个数据锁存器；含单个数据锁存器；含双个数据锁存器含双个数据锁存器D/A转换器的输出电路有单极性和双极性之分：转换器的输出电路有单极性和双极性之分：单极性输出电路：单极性输出电路：双极性输出电路：双极性输出电路：单极性输出电路8位DAC输出输入关系：D2VU8REFOUT双极性输出电路输出输入关系：)VU2(UREF1OUTR2UR2VRUOUTREF1D2VU8REF1REF7R

40、EFOUTVD2VU3.8.3 DAC0832及其与微机接口及其与微机接口8 8位分辨率的位分辨率的D/AD/A芯片，内部有两级锁存功能；芯片，内部有两级锁存功能；无内部参考电源，需外接；无内部参考电源，需外接；输出是电流型，要获得电压输出需外加转换电路。输出是电流型，要获得电压输出需外加转换电路。8位位输入输入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器DI7DI0ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地模拟地 )单缓冲 双缓冲 正弦波 1LE*)1(WRCSILE 2*)2(WRXFERLE 时时，数数据据被被锁锁存存时时，输输出出跟跟随随输输入入0LE1LE 1、直通式工作方式应用、直通式工作方式应用2、单缓冲方式应用、单缓冲方式应