第二章输入输出接口和输入输出通道25

第六节A/D转换器

2.6.1逐次逼近式A/D转换器的工作原理2.6.2A/D转换器的性能指标2.6.3典型的A/D转换芯片ADC08092.6.4A/D转换器与系统的连接及举例返回本章首页计数式A/D转换器组成：计数器、D/A转换器及比较器计数器-+A1D/A数字输出时钟启动比较器转换结束UiU0

双积分式A/D转换器组成：积分器、比较器、计数器、标准电压源模拟输入标准电压时钟控制逻辑计数器…积分器比较器︱︱双积分式A/D转换器0积分输出AB频率固定T1T2固定积分时间2.6.1逐次逼近式A/D转换器的工作原理逐次逼近式A/D转换器是一种采用对半搜索原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图2-17所示。返回本节

逐次逼近式A/D转换器举例：有四位A/D转换器，满刻度值5V，现若输入3.5V模拟电压，试分析其逐次逼近的转换过程。量化单位q===0.3125V5V245V16表2-13四位A/D转换器转换过程表SAR内容8421步骤转换后的电压U0（V）1234结果10001100101010111011

2.5Ui>U0保留

3.75Ui<U0去掉

3.125Ui>U0保留3.4375Ui>U0保留误差3.5－3.4375=0.0625V2.6.2主要技术参数:1.分辨率表示能够转换成二进制数的位数。如一个10位A/D转换器，转换一个满量程为5V的电压，则它能分辨的最小电压为这表明若模拟输入值的变化小于5mV，则A/D转换器没反应，输出保持不变。同样5V电压，若采用12位A/D转换器，则能分辨的最小电压为可见A/D转换器的数字量输出位数越多，其分辨率就越高。2转换时间指从启动A/D到转换结束，得到稳定的数字输出量为止的时间。转换时间，一般是几μs~几百ms。应该按照实际应用的需要和成本来确定这一项参数的选择。3转换精度指转换后所得结果相对于实际值的准确度，包括绝对精度和相对精度。绝对精度常用数字量的位数表示；相对精度用相对于满量程的百分比表示。如满量成为10V的8位A/D转换器，绝对精度为：相对转换精度为：4量程所能转换的电压范围，如5V、10V。5工作温度范围较好的A/D的工作温度为-40～85度，较差的为0~70度。八通道多路转换开关模拟量输入地址锁存器和译码器三-八译码器地址锁存允许ALE+-比较器控制逻辑逐次逼近寄存器SAR开关树组256R电阻分压器输出缓冲锁存器（三态）D/AVREF（-）VREF（+）GNDVCCSTARTCLOCKEOC转换结束（中断）八位输出ABCU0Ui2.6.38位A/D转换器ADC0808/08098位A/D转换器ADC0808/08098通道8位A/D转换器，8位分辨率，内部8位模拟开关转换时间为100μs带输出锁存逐次逼近式精度ADC0808为±1/2LSB，ADC0809±1LSB逻辑电平与TTL兼容2.引脚结构ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。其引脚结构如图2-69所示。

图2-69ADC0809引脚图引脚结构（1）IN7~IN0：8条模拟量输入通道（2）地址输入和控制线：4条（3）数字量输出及控制线：11条（4）电源线及其他：5条ADC0808/0809的外引脚及功能IN0～IN7—8个模拟量输入端START—启动A/D转换器EOC—转换结束信号，正脉冲OE—输出允许信号，当OE为1时，允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。CLOCK—时钟信号ALE—地址锁存允许，当ALE为1时允许C、B、A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入A/D转换器。ADDA、ADDB、ADDC—通道号端子，C为最高位，A为最低位。D0～D7—数字量输出端VREF（+）、

VREF（－）—参考电压端子表2-1被选通道和地址的关系返回本节2.6.4A/D转换器与系统的连接及举例（一）与系统的连接信号（二）A/D转换器与系统连接举例（一）与系统的连接信号A/D转换器对外的连接信号的种类:1.输入模拟电压的连接2.数据输出和系统总线的连接3.A/D转换启动信号4.转换结束信号及转换数据的读取1.输入模拟电压的连接输入电压：

1.单端输入VREF（+）=5V，VREF（－）=0V2.双端差动输入VREF（+）、VREF（－）接参考电压ADC0808/0809接8路模拟输入

1.接成单端、单极性输入

2.接成双极性输入AD574是单端输入模拟电压

1.接成单端、单极性输入

2.接成双极性输入2.数据输出和系统总线的连接数据输出有两种：

1.A/D芯片内部带有三态输出门，其数据输出线可以直接挂到系统数据总线上（如ADC0804、ADC0808/0809）

2.A/D芯片内部不带有三态输出门，或虽有三态输出门，但它不受外部信号控制，而是当转换结束时自动开门的，如AD570，其数据输出线不可以直接挂到系统数据总线上，而应加输入缓冲器（74LS244）或通过并行I/O接口的输入端口，才能和系统总线相连3.A/D转换启动信号1.启动转换信号有两种：电平启动：AD570、AD571、AD572在整个A/D转换期间，启动电平不能撤消2.脉冲启动：ADC0804、ADC0808/0809、AD574ADC0808/0809：START上升沿AD574：R/C、A04.转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号有两种：

1.电平信号：

2.脉冲信号：

ADC0808/0809的结束信号为EOC上升沿

AD574的结束信号为SYS=0CPU检测到结束信号有三种方式实现数据的读取：1.程序查询方式2.中断方式3.固定的延时程序方式（二）A/D转换器与系统连接举例1.8位A/D转换器ADC0808/0809和CPU的连接设指定8路模拟电压输入端口地址为78H～7FH。转换结束信号以中断方式与CPU联络。采用74LS138做输入通道地址译码器。驱动程序CONTV1：MOVAL，00HOUT78H，AL；：后续程序CONTV7：MOVAL，00HOUT7FH，AL；：后续程序M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A001111000M/IO=0，WR=0A7A6A5A4A3A2A1A001111111补充12位A/D转换器AD57412位A/D转换器，12位分辨率逐次逼近式转换时间为15～35μs带输出锁存误差为±LSB高速输出开关电路AD574的电路组成+15V2.AD574引脚功能说明DB0～DB11—12位数据输出，分三组，均带三态输出缓冲器VLOGIC—逻辑电源+5V（4.5～5.5

)VCC—正电源+15V（+13.5～+16.5

)VEE—负电源－15V（－13.5～－16.5

)AGND、DGND—模拟、数字地CE—片允许信号，CS—片选择信号R/C—读/转换信号CE=1、CS=0、R/C=0时，转换开始，启动负脉冲

CE=1、CS=0、R/C=1时，允许读数据A0—转换和读字节选择信号

CE=1、CS=0、R/C=0、A0=0，启动按12位转换；

CE=1、CS=0、R/C=0、A0=1，启动按8位转换；

CE=1、CS=0、R/C=1、A0=0，读取转换后高8位数据；

CE=1、CS=0、R/C=1、A0=1，读取转换后的低4位数据；12/8—输出数据形式选择信号12/8端接PIN1（VLOGIC）时，数据按12位形式输出12/8端接PIN15（DGND）时，数据按双8位形式输出STS—转换状态信号。转换开始STS=1，转换结束STS=010VIN—模拟信号输入，单极性0～10V，双极性±5V20VIN—模拟信号输入，单极性0～10V，双极性±5VREFIN—参考输入REFOUT—参考输出BIPOFF—双极性偏置单极性输入电路AD57412/8CSA0R/CCEREFINREFOUTBIPOFF10VIN20VINAGND模拟输入0～+10V0～+20V100kΩ100kΩ100Ω100Ω+15V－15VSTS高位中位低位+5V+15V－15VDGNDDB11～DB8DB7～DB4DB3～DB0双极性输入电路AD57412/8CSA0R/CCEREFINREFOUTBIPOFF10VIN20VINAGND模拟输入±5V±10V100Ω100ΩSTS高位中位低位+5V+15V－15VDGNDDB11～DB8DB7～DB4DB3～DB02.12位A/D转换器AD574与外部的连接REFINREFOUTBIPOFFDB11DB8DB4DB0输入模拟电压12/8DGND74LS0474LS138CPU8086AD574D7D6D5D4D3D2D1D0译码器A7～A1A0RDM/IOR/CCSA0SYSAGND741100Ω100Ω50kΩ10kΩ+5V+12V-12V10VIN20VINCEVLOGICVCCVEE161地址接8255A-5V～+5V驱动程序OUTADPORT，ALWAIT：INAL，PAMOVCL，03RCRAL，CLJCWAIT1INAL，ADPORTMOVAH，ALINAL，ADPORT+1后续程序第七节I/O通道的抗干扰措施一、串模干扰及其抑制方法串模干扰：叠加在被测信号上的干扰信号产生原因：分布电容的静电耦合、长线传输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合、50Hz的工频干扰等抑制措施：1.加输入滤波器2.采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备3.在靠近传感器位置将被测信号进行前置放大，从而提