AD转换器及其接口技术.ppt

1、2.2 A/D转换器及其接口技术,定义：A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。,常用A/D转换方式： 1逐次逼近式A/D 2双斜积分式A/D 3电压/频率式A/D：简称V/F转换器，是把模拟电压信号转换成频率信号的器件。,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。,A/D转换器的主要技术指标： 转换时间：指完成一次模

2、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, 010V，05V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。,2.2.1 A/D转换器,逐次

3、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）,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。,例题：一个8位A/D转换器，设VR+ = 5.02 V， VR = 0 V，计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。 解：把已知数代入公式 0 V、2.5 V、5

4、V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ADC0801ADC0805、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。,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256R T型电阻网络合起来为DAC。SAR逐次逼近寄存器。,主要技术指标： 转换时间：100s 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

5、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,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f500KHZ，T=128s；当f640KHZ，T=100s； 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

6、； 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,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，100s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。

7、 (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DO7DO0上输出；OE为低电平输入时，数据输出线DO7DO0为高阻态。,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。,转换时序,时序解释：1-4,1地址锁存,2启动A/D转换,3转换结束,4读取转换结果,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25s,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

8、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。,各引脚功能如下：,Vcc（7）：工作电源正端，+12 VDC或+15 VDC。 V EE （11) ：工作电源负端，12 VDC或15 VDC。 V L （1) ：逻辑电源端，+5 VDC。虽然使用的工作电源为12VDC或15 VDC， 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

9、) ，AGND （9) ：数字地，模拟地。 VREF OUT （8) ：基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为+10.00 V1。 VREF IN （10) ：基准电压源输入端， +10 VDC。如果VREF OUT通过电阻接至VREF IN ，则可用来调量程。,：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

10、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)。,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，BIP OFF：模拟电压信号输入端。单极性应用时，将BIP OFF接0 V，双极性时接10 V。量程可以是10 V，也可以是20 V。输入信号在10 V范围内变化时，将输入信号

11、接至10 VIN；在20V范围内变化时，接至20VIN。,单、双极性应用 单极性：BIP OFF接0V ；双极性：BIP OFF接10V。 调零方法： 满量程调整方法：,调零,满度,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,X,X,X,1,X,转换时序,1启动A/D转换,2 A/D转换开始,3A/D转换结束,转换时序：读时序,4读取转换结果,5 转换结束,2.2.2 A/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

12、）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；

13、7、接地：Dgnd，Agnd，连接时应分别接地。,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ABC PC3 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2C0H2C3H。 补充： 8255 工作方式；8255编程选择控制字，C口置位/复位控制字。,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,ADC0809PROC NEAR MOV CX,8 ; 循环次数 CLD ;

14、DI自动增量 MOV BL,00H ; 模拟通道地址 LEA DI,DATABUF ; 字串存储地址 NEXTA: MOV DX,02C2H ; C口 MOV AL,BL OUT DX,AL ;通道号 INC DX ;控制口 MOV AL,00000111B；ALE上升沿锁存地址 ，PC3=1，(置位复位控制字D7=0) OUT DX,AL NOP NOP NOP MOV AL,00000110B；PC3=0,START下降沿启动A/D转换,OUT DX,AL DEC DX ；C口 NOSC:IN AL, DX; 检测转换结束信号 TEST AL,80H JNZ NOSC; EOC=1, 则等

15、待，检测EOC下降沿 NOEOC: IN AL, DX; TEST AL,80H JZ NOSC; EOC=0, 则等待，检测EOC上升沿，转换结束 MOV DX,02C0H; A口，读转换结果 IN AL,DX STOS DATABUF; 保存结果 INC BL; 修改模拟通道地址 LOOP NEXTA；CX-1=0? RET ADC0809 ENDP,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2C0H2C3H。,MOV DX,02C2H ; 令CS,R/C为低电平,CE=0 MOV AL,00H OUT DX,AL ; C口输出 NOP NOP MOV AL,04H ; 令CE=1, 启动转换 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H; 令CE=0, CS, R/C1, 启动完毕 OUT DX,AL POLLING:IN AL,DX ; C口, 查询STS状态 TEST AL,80H JNZ POLLING; STS=1 则等待, 检测下降沿（转换结束