电子科技大学计算机控制技术课件

第三章模拟量输入通道

本章要点：

1．模拟量输入通道的结构组成。

2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节的功能作用。

3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电路。

4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电路。返回总目录

引言

3.1信号调理电路

3.2多路模拟开关

3.3前置放大器

3.4采样保持器

3.5A/D转换器

3.6A/D转换模板

思考题

主要内容：

模拟量输入通道的任务：

转换——模拟量到数字量的转换。组成核心——A/D转换器

引言将现场物理量变换为电信号抑制干扰、保证A/D转换精度实现多选一将输入信号放大到A/D可接受的范围保持、保证A/D精度核心，实现A到D的转换进行地址译码，产生片旋信号和写信号3.1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类型的测量变送器，当它们的输出信号为0-10mA或4-20mA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，以下是两种变换电路。

1.无源I/V变换

2.有源I/V变换

1.无源I/V变换

构成－－无源器件电阻＋RC滤波＋二极管限幅等实现，取值:

输入0-10mA，输出为0-5V，R1=100Ω，R2=500Ω； 输入4-20mA，输出为1-5V，R1=100Ω，R2=250Ω；

电路图：2.有源I/V变换构成－－

运算放大器＋电阻电容组成；电路放大倍数－－同相放大电路

取值－

R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ输入0~10mA输出0~5V

R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ输入4~20mA输出1~5V电路图：

3.2多路模拟开关

主要知识点

3.2.1结构原理

3.2.2扩展电路3.2.1结构原理

图CD4051结构原理链接动画构成－电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。3.2.2扩展电路链接动画图多路模拟开关的扩展电路3.3前置放大器主要知识点

引言

3.3.1测量放大器

3.3.2可变增益放大器

引言链接动画

图放大电路前置放大器的任务－将输入模拟小信号放大到A/D转换的量程范围，如0-5VDC;3.3.1测量放大器链接动画对称结构，可抑制共模干扰。3.3.2可变增益放大器

链接动画3.4采样保持器

3.4.1数据采样定理

3.4.2采样保持器3.枝4.肺1数据诵采样帜定理链接僚动画图闹信号健的采满样过列程周期萝采样吼过程麦：3.型4.根2采样掏保持叨器1、狸零阶置采样买保持逆器链接讨动画图稀零阶及采样伸保持培器构成－－视输入米输出高缓冲材放大垦器A1、A2和采计样开仪关S、保屡持电图容CH。工作硬过程－采舱样期喉间，谦开关S闭合拍，输需入电且压VIN通过A1对CH快速吵充电喘，输买出电米压VOU油T跟随VIN变化铲；保纳持期头间，诉开关S断开后，由你于A2的输昨入阻毯抗很丧高，武理想与情况届下电柄容CH将保穴持电发压VC不变世，因堡而输限出电牵压VOU祝T=VC也保崭持恒伴定。2、零壳阶集委成采雄样保麻持器图匹集成增采样苗保持谎器（a）AD凉58发2（b）LF先19拼8/容29载8/倘39渴8图3－9集成重采样桂保持夺器3.塞5别A肌/D转换品器3.禽5.架1工作煮原理抱与性辣能指言标3.友5.妈2赵A破DC禽08偿09芯片及其粗接口颗电路3.赶5.熄3档A禽D5输74啦A芯片猜及其垂接口扒电路主要河知识鲜点3.诊5.像1工作狡原理愿与性绒能指绳标1．逐秩位逼圆近式A/谢D转换喊原理2．双岂积分晒式A/贝D转换热原理3．电谜压/频率吗式A/惊D转换般原理4．A/忽D转换议器的筛性能纱指标1．逐摆位逼游近式A/港D转换内原理链接昂动画图室逐阔位逼其近式A/插D转换州原理赛图例题3-模2：一个8位A/则D转换五器，轨设VR+杜=孕5平.0阔2御V，VR=循0诉V,计算猫当VIN分别障为0搬V、2.歪5隙V、5译V时所惊对应迫的转厅换数驻字量挥。解：民把已俯知数给代入蛇公式盼（3-巴4）：0走V、2.吴5情V、5推V时所郊对应悦的转扫换数蒙字量泥分别船为00饿H、80弱H、FF孕H。此种A/娇D转换薯器的弦常用舞品种爪有普执通型8位单顶路AD结C0捉80仿1～AD呢C0宇80目5、8位8路AD戏C0秒80孩8/包08钟09、8位16路AD爸C0省81常6/伶08谨17等，饭混合虑集成衔高速鸟型12位单泛路AD碌57织4A、AD丢C8齐03等。2．双爬积分拆式A/剥D转换绵原理图顽双跃积分赚式A/丛D转换览原理牛图3．电舱压/频率喊式A/倾D转换累原理图逗电轻荷平恼衡式V/袜F转换妄原理（1）分辨棋率分辨茅率是窗指A/吗D转换巴器对猾微小妨输入记信号医变化事的敏扬感程扰度。济分辨断率越钱高，梨转换浙时对喷输入自量微铃小变喘化的师反应楚越灵插敏。弄通常轮用数会字量姑的位渡数来允表示型，如8位、10位、12位等血。分惠辨率形为n，表乳示它汽可以皂对满在刻度喇的1/因2n的变添化量敬作出礼反应骂。即距：分辨抬率=满刻膊度值/2n4．A/枯D转换季器的蛛性能播指标A/市D转换欢器的寄转换村精度,用绝对策误差龙和相羡对误造差来表鞋示。绝对奴误差惩＝实涉际模懒拟量肢输入沙值－北理论雀值绝对伸误差凯包括封增益荷误差鬼，零潜点误取差和蜂非线翼性误俭差等掉。相对郑误差侮－(指绝驾对误套差/满刻防度值)*酱10牵0%对A/展D转换尾器常摸用最废低有执效值脖的位洽数LS驰B（Le脚as泉t劈燕S究ig塞ni纪fi戏ca届nt掏B锯it抗)）来洲表示顶，1L佩SB治=睁1／2n。例如孤，对金于一并个8位0~涂5V的A/杠D转换奇器，没如果崖其相盲对误及差为±1揭LS窜B，则压其绝敌对误寸差为±1面9.谱5此mV，相晒对百玩分误拘差为0.指39％。润一般常来说糟，位你数n越大敲，其师相对声误差闲（或晒绝对偏误差寇）越缸小。（2）转祸换精腹度（3）转至换时屠间A/纳D转换扒器完崖成一嫌次转钢换所盈需的写时间语称为茧转换抖时间絮。如器逐位肯逼近给式A/该D转换个器的抚转换气时间初为微纪秒级辩，双俯积分居式A/额D转换恭器的容转换厦时间昨为毫伤秒级饱。（4）非鱼线性父误差A/珍D转换椅器实度际转觉换特呢性曲屿线与垒理想符特性艇曲线蝴之间西的最锐大偏溉差。戚在转女换器虫设计尾中，汽一般森要求网非线悔性误唱差不雅大于1/灶2L布SB。通吨常用韵非线节性误边差来场表示A/傲D转换寻器的华线性纽奉度。3.沸5.昌2粒A香DC耐08局09及其史接口牢电路主要斜知识愚点1.饺A哈DC驰08昂09芯片完介绍2．AD对C0克80擦9接口晓电路1.东A干DC泄08怀09芯片个介绍8位逐义位逼佳近式A/匹D转换旋器分辨篇率为1/28≈0仿.3莲9虎%模拟表电压尤转换择范围私是0样-辛+5馅V标准绝转换粥时间集为10挤0s采用28脚双舌立直山插式顶封装

图ADC0809内部结构及引脚链接拔动画AD结C0边80周9的内御部转祥换时欲序图AD贸C0价80杯9的转泳换时河序2．AD调C0宵80茅9接口缠电路A/拍D转换想器的背接口篮电路涂主要舍是解顺决主森机如观何分怎时采侮集多叛路模苗拟量茂输入依信号冈的，处即主序机如哪何启满动A/撞D转换（体室现为吨对ST摆AR临T和AL胃E引脚买的控村制），如浓何判估断A/触D完成趟一次薪模数梦转换（体令现为抄是否纺读取EO妄C标志监，如摇何读范取），如败何读雁入并黎存放城转换徐结果狐的。波下面邪仅介粮绍两种匹典型喷的接谨口电浊路。（1）查拉询方兵式读A/仙D转换目数（2）定躁时方双式读A/踢D转换瞎数（1）查行询方兼式读A/借D转换概数非与季门02（3）、/I廉OW控制A/的D转换能启动有；通过鬼三态间缓冲援器读纪入EO霞C状态腥以判旨断是赵否转隆换结毁束——查询嗽。链接苦动画接口脾程序中如下透：MO币V财BX，BU史FF；置采同样数此据区仓首址MO燃V刚CX，08踏H；８路输箭入ST钥AR俭T：OU武T抽PA，AL；启映动A/晕D转换RE联OC：IN吼A珍L，PB；读EO蜓CRC俯R批AL，01；判粗断EO碑CJN灵C爹RE准OC；若EO汪C=初0，继续补查询IN袜A哄L，PA；若EO千C=芦1，读A/阔D转换差数MO圾V稻[盲BX庄]，AL；存A/毒D转换帅数IN夕C字B蹦X；存A/蚊D转换樱数地句址加1IN燥C葡P滔A；接肃口地套址加1LO酒OP览ST狠AR或T；循吐环（2）定稳时方钥式读A/脖D转换论数链接猫动画这两征种方给法的驳共同判点：硬软亮件接樱口简云单，举但在村转换遵期间另独占红了CP崇U时间投，好裤在这趁种逐狱位逼援近式A/震D转换挽的时答间只葡在微康秒数肠量级赔。当选抵用双研积分飞式A/初D转换宪器时隔，因仁其转矛换时睬间在棋毫秒雀级，册因此释采用杜中断铺法读A/芬D转换母数的真方式史更为麦适宜速。因此塌，在阵设计边数据哨采集惨系统登时，液究竟且采用胃何种损接口莲方式要要根并据A/杠D转换苗器芯明片而富定。3.尊5.拾3帝A喊D5连74鬼A芯片饮及其况接口扭电路主要疯知识第点1．AD血57音4A芯片狡介绍2.欣A糠D5奏74夺A接口缸电路1．AD右57甩4A芯片净介绍AD首57被4A是一盯种高顽性能徒的12位逐中位逼奖近式A/踢D转换偷器分辨最率为1/势212=黄0.膜02藏4%转换欧时间盟为25批μs排,适合急于在稳高精晕度快智速采污样系果统中灯使用内部屈结构苗大体魄与AD养C0艘80应9类似诉，由12位A/易D转换瞒器、谅控制误逻辑塘、三讯态输繁出锁务存缓锤冲器必与10计V基准智电压死源构挖成，约可以券直接晚与主联机数困据总驰线连陪接，谊但只位能输圆入一袜路模挣拟量AD惧57善4A也采牺用28脚双邪立直沙插式番封装AD骆57漂4A原理晓框图匪及引糠脚模拟查输入说信号僵的几震种接渗法图AD谊57笼4A的输饼入信测号连望接方机法2.担A溜D5斤74壮A接口雨电路12位A/欧D转换同器AD除57斯4A与PC总线贼的接耀口有屑多种扰方式辫。既僚可以寨与PC总线晓的16位数嗓据总艳线直运接相至连，隔构成多简单刮的12位数渗据采拉集系务统；璃也可僚以只驻占用PC总线间的低8位数忽据总差线，卡将转柳换后帜的12位数完字量丝式分两币次读数入主鹊机，核以节抄省硬更件投撒入。同样涌，在A/黎D转换催器与PC总线工之间注的数情据传垂送上常也可轿以使伯用程轿序查贺询、构软件臭定时歪或中番断控川制等吼多种痰方法反。由鲁于AD闯57秃4A的转好换速费度很扩高，剖一般打多采隐用查屠询或昏定时角方式亲。其接口甜电路蹈及其主程序喝参见源下一缓节。3.只6边A鹿/D转换暖模板1、A/优D转换松模板冈也需似要遵赠循I/速O模板苦的通座用性思原则：符证合仙总线讨标准林，接险口地否址可杠选以搅及输质入方脊式可锁选。沈输入歼方式席可选般主要呈是指观模板浮既可拆以接寄受单探端输哄入信观号也歉可爽以接架受双萌端差模动输顾入信窑号。2、A/齿D转换包模板粱结构乏组成I/伯O电气幕接口瘦－完成粱电平舍转换昏、滤赶波、弯隔离遮等信描号调扭理印作用其；I/辰O功能沃部分间－实现依采样付、放愈大、遇模/数转蒜换等翻功能虹，总线翁接口后－完成剧数据进缓冲战、地毯址译存码等钉功能熊。8路12位A/斧D转换华模板宫的示夹例该过续程的赚数据采集陶程序璃框图:AD巩57害4A印PR利OC稍NE旦AR；过程纷定义峰伪指园令MO询V包CX，8；计非数器矩初始CL寇D；标唱志位DF清零MO保V滤AL，00缠00凉00懒00稼B；MO汪V懒BU询F1，AL；CE煎=0，=0，R/屯=文0，抖＝0＝C医=园B=蒸A=捷0，控常制信绵号初理始，雨通道该号初哑始LE爸A林BX，BU课F；置别采样拜缓冲痛区首跪址NE映XT美CH：MO柜V招D葵X，2C黎2H；82丙55饱A的PC口址MO归V涂A摔L，BU烟F1颈O凶UT牙D钩X，AL；送PC口控袄制信乳号与讨通道窜号NO写PNO拣POR伸A网L，01止00轮00牧00藏B；CE毅=1OU奶T裕D兆X，AL；启另动A/线DAN忧D溜A慢L，10太11蹲11视11测B；CE禽=0OU糟T而D那X，ALMO话V雄D侍X，2C认0H；82枯55帝A的PA口址PO爸LL马IN禁G：IN半AL，DX撑TE耗ST慎AL，80闸H瞎JN缺Z飘PO成LL怖IN什G；测骑试MO舒V染A养L，BU叠F1秀O杏R辫A或L，01歼01渴00繁00驶B；R/触=1根M别OV亮DX，2C妥2H蛛O坦UT酒DX，AL；输爸出12位转卫换数察到82贱55圾AMO旗V肚D镰X，2C氏0H判IN谜AL，DX；读82府55摧A的PA口AN赠D铜A填L，0F警H艰MO徒V绳A训H，AL；保绵留PA口低4位（12位中泊的高4位）IN娘C翁DX；读糟低8位IN钞A鼠L，DX；读82上55符A的PB口（12位中定的低8位）ST