AD转换器及其接口技术

会计学1AD转换器及其接口技术－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。第1页/共30页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。第2页/共30页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）

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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。第4页/共30页

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。第5页/共30页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。第6页/共30页主要技术指标：转换时间：100μs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兼容第7页/共30页引脚及功能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=128μs；当f＝640KHZ，T=100μs；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:地第8页/共30页逻辑组成：(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，100μs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。第9页/共30页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。

…

…

…

…

VIN1

100VIN0000通道ABCVIN7

111第10页/共30页转换时序

时序解释：1-41地址锁存2启动A/D转换3转换结束4读取转换结果第11页/共30页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25μs,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。第12页/共30页第13页/共30页各引脚功能如下：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+10.00V1％。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。第14页/共30页

：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)。第15页/共30页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。第16页/共30页单、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：调零满度第17页/共30页转换结果输出：

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XXX1X无操作XXXX0输出低4位数字10101输出高8位数字00101输出12位数字X1101启动8位转换10001启动12位转换0X001操作功能A012/R/CE第18页/共30页转换时序1启动A/D转换2A/D转换开始3A/D转换结束第19页/共30页转换时序：读时序4读取转换结果5转换结束第20页/共30页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。第21页/共30页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。第22页/共30页分析程序流程：（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）读取转换结果第23页/共30页ADC0809 PROCNEAR MOVCX,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,BL OUTDX,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,ALNOP NOP NOP MOVAL,00000110B；PC3=0,START下降沿启动A/D转换 第24页/共30页 OUTDX,AL DECDX；C口NOSC: INAL,DX;检测转换结束信号

TESTAL,80H JNZNOSC;EOC=1,则等待，检测EOC下降沿NOEOC: INAL,DX; TESTAL,80H JZNOSC;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,DX STOSDATABUF;保存结果

INCBL;修改模拟通道地址

LOOPNEXTA；CX-1=0? RETADC0809 ENDP 第25页/共30页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/，，CE PC7－STS，检测转换结束－8255A系统地址2C0H~2C3H。

第26页/共30页第27页/共30页 MOV