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2. 3 模拟量输入通道接口技术

2. 3 模拟量输入通道接口技术. 2.3.1 8 位 A/D 转换器 2.3.2 8 位 A/D 转换器接口技术 2.3.3 8 位 A/D 转换器程序设计 2.3.4 高于 8 位 A/D 转换器及其接口技术 2.3.5 串行 A/D 转换器及其接口技术. 2. 3 ． 1 8 位 A/D 转换器. 多通道 A/D 转换器 ADC0808/0809 内含 : 8 位 A/D 转换电路 ( 逐次逼近型 ) 8 路多路开关 地址译码器、锁存器

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2. 3 模拟量输入通道接口技术

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  1. 2. 3 模拟量输入通道接口技术 2.3.1 8 位A/D转换器 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 2.3.3 8位A/D转换器程序设计 2.3.4 高于8位A/D转换器及其接口技术 2.3.5 串行A/D转换器及其接口技术

  2. 2. 3．1 8 位A/D转换器 多通道 A/D 转换器 ADC0808/0809 内含: 8 位 A/D转换电路 ( 逐次逼近型 ) 8 路多路开关 地址译码器、锁存器 输出数据锁存器 ·具有较高的转换速度和精度 受温度影响较小 能较长时间保证精度 重现性好 功耗较低 市售产品还有: AD7581 (含 8 路多路开关) ADC0816/0817 (含 16 路多路开关) 等 微机控制技术

  3. 010 图2-13 AD0808/0809原理图 微机控制技术

  4. 2. 3．1 8位A/D转换器 （1）电路组成及转换原理 ① 八通道多路模拟开关。 控制 C、B、A 和地址锁存允许 ALE 端子， 可使其中一个通道被选中。 ② 逐次逼近型 A/D 转换器 组成:比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、 逐次逼近寄存器以、 开关树组、256R梯型解码网络 D/A 微机控制技术

  5. 2. 3．1 8位A/D转换器 ③ 控制逻辑 ·控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取 “1”， 将此数字量送到开关树组（8位）， 用以控制开关 K7～K0 是否与参考电平相连。 ·参考电平经 256R 梯型电阻网络 输出一个模拟电压 VC。 · VC 与输入模拟量 VX 在比较器中进行比较。 当 VC ＞VX 时，该位 Di＝0； 若 VC≤VX，则 Di＝1，且一直保持到比较结束。 ·从 D7～D0 比较 8 次，逐次逼近寄存器中的数字量， 此数字量送人输出锁存器， ·同时发出转换结束信号 ( EOC=1 )。 A/D 转换是在 D/A 基础上实现的 微机控制技术

  6. 2. 3．1 8 位A/D转换器 （2）ADC0808/0809的引脚功能 ① 模拟量输入端 IN7～IN0 ② 数字量输出端 D7～D0 ③ 控制端 ·启动信号 START (启动 A/D 转换)。 ·转换结束信号 EOC (允许计算机读数)。 ·输出允许信号 OUTPUT ENABLE (锁存器选通)。 可作为ADC0808/0809的片选信号。 ·参考电压VREF(+)、VREF(-) ( D/A转换器权电阻的标准电平 ) 双极性模拟量输入时: VREF(+) = +5V / +10V VREF(-) ＝ - 5V / -10V 单极性模拟量输入时: VREF(+) = +5V， VREF(-) ＝ 0V。 微机控制技术

  7. 2. 3．1 8位A/D转换器 ALE 为高电平时 ADDC、ADDB、ADDA 有效 ·通道选择: 地址锁存允许 ALE 通道选择 ADDC、ADDB、ADDA ④ 电源与时钟 ·实时时钟 CLOCK 可通过外接 RC 电路改变时钟频率。 ·电源端子 VCC (接 +5V ) ·接地端 GND 微机控制技术

  8. 图2-14 ADC0808/0809应用接线图 P37 微机控制技术

  9. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 A/D 转换器与微型机接口技术: ·与系统的接法 · A/D转换器的启动方式 ·模拟量输入通道的接法 ·参考电源如何提供 ·状态的检测及锁存 ·时钟信号的引入等 微机控制技术

  10. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 1．模拟量输入信号的连接 (1)0～5V 的标准电压信号 ·A/D 转换器的输入除单极性外，也可以接成双极性。 ·用户可通过改变外接线路来改变量程( AD574 ) 。 ·有的A/D 转换器可以直接接入传感器的信号，如 AD670。 (2) 单通道输入、多通道输入方式。 两种设计方法: ·采用单通道 A/D 芯片: ( 需在模拟量输入端加接多路开关、采样/保持器) ·采用带有多路开关的 A/D 转换器， ( 如 ADC0808 和 AD7581、ADC0816 )

  11. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 2．数字量输出引脚的连接 (1) A/D 转换器内部未含输出锁存器 需通过锁存器或 I/O 接口与微型机相连。 常用芯片 Intel 8155、8255、8243 74LS273、74LS373、8212 等。 (2) A/D 转换器内部含有数据输出锁存器 可直接与微型机相连。 也可以通过 I/O 接口连接, 以便增加控制功能。 微机控制技术

  12. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 3．A/D 转换器的启动方式 (1) 任何A/D转换器都只在接到启动信号后，才开始进行转换 (2)芯片不同，要求的启动方式也不同。 (3)两种启动方式 ① 脉冲启动 可用 /WR 信号或 译码器的输出 Y i 通过逻辑电路实现。 如: ADC0809、ADC80、AD574A ② 电平启动 ·启动电平加上后，A/D 转换即刻开始. ·在转换过程中，必须保持这一电平，否则停止转换。 ·通过锁存器，D触发器、或并行 I/O 接口等来实现。 如: AD570、ADC0801、和 AD670等。 微机控制技术

  13. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 图2-15 启动控制逻辑电路图 微机控制技术

  14. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 4．转换结束信号的处理方法 A/D 转换过程完成后发出转换结束信号。 微型机检查判断 A/D 转换结束的方法有以下三种： （1）中断方式 ·硬件接线: 将转换结束标志信号接到微型机的中断申 请引脚。 ·软件编程: 微型机查询到中断申请并响应后, 在中断服务程序中读取数据。 ·特点:中断方式使 A/D 转换器与微型机的并行工作。 常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。 微机控制技术

  15. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 （2）查询方式 ·硬件接法: 把转换结束信号送到 CPU 数据总线或 I/O 接口的某一位上。 ·软件编程: 微型机向 A/D 转换器发出启动信号。 查询 A/D 转换结束信号: 未结束,继续查询。 结束，读出结果数据。 ·特点: 程序设计比较简单，实时性也较强。 应用最多。 微机控制技术

  16. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 （3）软件延时方法 ·作法:微型机启动 A/D 转换后， 根据完成转换所需要的时间， 调用一段软件延时程序延时程序, 待延时时间到位,即可读出结果数据。 ·特点: 可靠性比较高，不必增加硬件连线。 但占用 CPU 的机时较多。 多用在 CPU 处理任务较少的系统中。 微机控制技术

  17. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 5．参考电平的连接 A/D 转换是在 D/A 转换的基础上实现的。 (1) 参考电平是供给其内部 D/A 转换器的标准电源， 它直接关系到 A/D 转换的精度。 因而对该电源的要求比较高， (2) 要求由稳压电源供电。 (3) 不同的 A/D 转换器，参考电源的提供方法也不一样。 通常 8 位A/D转换器采用外电源供给， 如：AD7574、ADC0809 等。 更高位数 A/D转换器，则常在内部设有精密参考电源: 如 AD574A、ADC80 等。 微机控制技术

  18. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 (4)参考电平的接法 ·单极性输入 VREF(+) VREF(-) +5V 地 ·双极性输入 VREF(+) VREF(-) +5V/+10V -5V/-10V 微机控制技术

  19. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 6．时钟的连接 A/D 转换过程都是在时钟作用下完成的, 时钟频率是决定芯片转换速度的基准。 时钟的提供方法： （1）内部提供，经常外接 RC 电路来提供。 （2）一种是由外部时钟提供，提供方法 ·可以用单独的振荡器 。 ·用 CPU 时钟经分频后，送至 A/D 转换器的相应时 钟端子。 ·内部时钟，或外部时钟均可。

  20. 2.3.2 8位A/D转换器接口技术 7．接地问题 ·意义: 接地问题的处理关系到系统对于干扰的抵抗能力 ·作法: 模拟地和数字地也要分别连接。 再把这两种”地”用一根导线连接起来。 微机控制技术

  21. 2. 3．3 8位A/D转换器程序设计 ①程序设计必须和硬件接口电路结合起来进行。 ·中断方式 ·查询方式 ·延时方式 ②A/D 转换器的程序设计主要分三步： ·启动 A/D 转换； ·查询或等待 A/D 转换结束； ·读出转换结果。 微机控制技术

  22. 2. 3．3 8位A/D转换器程序设计 1. 中断方式 2. 查询方式 3. 延时方式

  23. 1. 中断方式 1. 中断方式 (1) 硬件设计 ·把 A/D 转换器的结束标志线与单片机或微型机 中断请求引脚相连。 ·若 A/D 转换器的结束标志线电平有与中断请求引 脚要求有别, 需加一级反向器后再连接。 采用中断方式的 A/D 转换接口电路， 如 图2.20所示。 微机控制技术

  24. 1. 中断方式 图2—20 ADC0809与8031的中断接口方式 微机控制技术

  25. 1. 中断方式 (2)软件编程 完成中断方式的 A/D 转换的程序有两部分: ① 主程序 ·设置触发方式（本例是边沿触发） ·安排中断矢量 ·开中断等 ·启动 A/D ② 中断服务程序。 ·读取转换结果 TCON. 0, 即 IT0 0003H EA、EX0 微机控制技术

  26. 1. 中断方式 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP ATOD ；转至中断服务程序 ORG 0200H ；主程序 MAIN： SETB IT0 ；选择边沿触发方式 SETB EX0 ；允许外部中断0 SETB EA ；开放总中断 MOV DPTR，#AREAD ；建立A/D转换器地址指针 MOVX @DPTR，A ；启动A/D转换 HERE： AJMP HERE ；模拟主程序 微机控制技术

  27. 1. 中断方式 中断服务程序： ORG 0220H ATOD： PUSH PSW ；保护现场 PUSH ACC PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR，#AREAD MOVX A， @DPTR ；读 A/D 转换结果 MOV DATA，A POP DPH ；恢复现场 POP DPL POP ACC POP PSW RETI ；返回主程序 AREAD EQU OFF80H DATA EQU 50H 微机控制技术

  28. 2. 查询方式 2. 查询方式 应用最多。 (1)硬件设计 ·时钟 ·启动 ·查询 ·读数 微机控制技术

  29. 2. 查询方式 图2.21是ADC0808/0809与8031单片机的典型接口电路图。 微机控制技术

  30. 2. 查询方式 (2)编程 资源分配:外部 RAM 缓冲区指针 P2=0AH P0=00H (存放转换结果) 采样次数寄存器 R3=00H (采样 256 次) 采样通道计数器 R6=08H 通道地址寄存器 DPTR A15 A14 A13 A1 2 A11 A10 A9 A8 A7------..A2 A1 A0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

  31. 2. 查询方式

  32. 2. 查询方式 源程序如下： START：MOV R0，#00H ；建立外部 RAM 缓冲区地址指针 MOV P2，#0A0H MOV R3，#00H ；置采样次数计数器初值 MOV R4，#00H MOV R6，#08H ；设通道计数器初值 MOV DPTR，#7FF0H ；通道地址寄存器设初值 AGAIN: MOVX @DPTR，A ；启动A/D转换 LOOP0: JB P1.7，LOOP0 A15 A14 A13 A1 2 A11 A10 A9 A8 A7------..A2 A1 A0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 微机控制技术

  33. 2. 查询方式 LOOP1：JNB P1.7，LOOP1 ；等待 A/D 转换结束 MOVX A， @DPTR ；读 A/D 转换结果 MOVX @R0，A ；存入 RAM 单元 INC DPTR ；修改通道号 INC P2 ；修改 RAM 地址 DJNZ R6，AGAIN ；判通道计数器是否为“0” DJNZ R3，DONE ；判采样次数计数器是否为“0” RET DONE： INC R4 ;采样次数加1 MOV P2，#0A0H ; 恢复存放数据指针 MOV A，R4 ; MOV R0，A ;存放新数据地址指针 MOV R6，#10H ;恢复通道计算机初值 AJMP AGAIN 微机控制技术

  34. 3. 延时方式 3. 延时方式 ·不同的 A/D 转换器的转换时间不同, ·程序的延时时间取决于所选定的芯片, ·为保证读书的正确性,常将程序的延时时间略大于实 际转换时间。 ·延时时间的获取:软件延时程序， 硬件延时。 微机控制技术

  35. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 ·采用高位数 A/D 转换器可提高转换精度。 如： 12 位 A/D 转换器 AD574 ·由于位数不同，所以与 CPU的接口 及程序设计方法也不同。 微机控制技术

  36. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 1．AD574 的结构及原理 ·美国模拟器件公司（Analog Devices）产品 · 12 位逐次逼近型 A/D 转换器 ·转换速度最快为 35μS 转换误差±0.05％ ·价格适中 微机控制技术

  37. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 快速、单片结构、电流输出型、 建立时间为200ns （1）内部结构 由三部分组成： ① 模拟芯片： 高性能 12位 D/A转换器 AD565、参考电压数字芯片 ② 数字芯片： 控制逻辑电路、逐次逼近型寄存器、三态输出缓冲器 ③ 控制逻辑部分： 发出启动/停止时钟信号及复位信号， 控制转换过程。 转换过程结束后，输出一个标志状态 STS（低电平有效）。 微机控制技术

  38. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 图2-22 AD574结构原理图 微机控制技术

  39. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 ④ 输入模拟量信号：允许两种量程、两种极性接法。 ·单极性：0—10V ，0—20V ·双极性：±5V ，±10V ⑤ 输出数字量信号： 可分两次（一次 8 位，一次 4 位）读出， 或 12 位一次读出。 ⑥ 当 START 信号出现高电平时， STS 开始变为高电平（BUSY）， 直到转换过程结束，才变为低电平（EOC）。 微机控制技术

  40. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 2．AD574A 的引脚及功能 图2-40 （1）转换器的启动和数据读出由 CE、 和 R/ 引脚来控制。 ① CE ＝1 ＝0 时,转换过程开始 R/ ＝0 ② CE＝1 ＝0 时, 数据可以被读出。 R/ ＝1 微机控制技术

  41. 注意: ·引脚必须直接接至 +5V 或数字地 ·此引脚只作数字量输出格式的选择， 对转换操作不 起作用 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 （2）数据格式选择端 ① 当 ＝1时，双字节输出( 12位 DB 同时生效) 用于 12/16 位微型计算机系统。 ② 若 ＝0，单字节输出，可与 8 位 CPU 接口。 ③ AD574A采用向左对齐的数据格式。 与 A0 配合，使数据分两次输出: A0＝0，高 8 位数有效。 A0＝1，输出低 4 位数据加 4位附加 0。 微机控制技术

  42. （3）A0为字节选择端 两个作用: ① 转换前设置,选择字节长度 设 A0＝l，按 8位A/D转换，转换完成时间为10s; A0＝0，按12位A/D转换，转换时间为 25s。 (与 的状态无关 ) ② 与8位微处理器兼容时，选择读出字节。 在读周期中，A0＝0，高8位数据有效； A0＝1，则低4位数据有效。 注意：如果 12/8 ＝1， 则 A0 的状态不起作用。

  43. AD574A控制信号组合表，如表2-9所示。

  44. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 3．AD574A的应用 根据模拟信号的性质,有单极性 / 双极性输入两种工作方式。 （1）单极性输入 ·单极性模拟量输入有两种量程，0～10 V 和 0～20 V。 ·若无需进行零位调整， 将补偿调整引脚 BIP OFF 直接接至引脚 9。 ·不需要进行满量程调整时， 可于引脚 8 和 10 之间接一个固定的50 Ω金属膜电阻， 如图2-23（a）所示。 微机控制技术

  45. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 无需 满量程调整 无需 0 位 调整 图2-23 单极性模拟量输入电路的连接 微机控制技术

  46. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 （2）双极性输入 两种额定的模拟输入范围： · ±5V (输入接脚 13 和脚 9 之间) · ±10V (输入接脚 14 和脚 9 之间) 双极性模拟量输入电路图，如图 2 - 24 所示。 微机控制技术

  47. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 图2-24 双极性模拟量输入电路的连接 P47 微机控制技术

  48. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 4. 高于 8位的A/D转换器接口技术及程序设计 (1)对于高于 8 位的 A/D 转换器与 8 位 CPU 接口时 数据的传送需分步进行。 (2) 数据分割形式有向左对齐和向右对齐两种格式 (3) 读取数字采取分步读出方式。 (4) 用读控制信号线和地址译码信号来控制。 (5) 在分步读取数据时，需要提供不同的地址信号。 微机控制技术

  49. 2．3．4 高于8位A/D转换器及其接口技术 单极性 按8位转换 12位向左对齐 图2-25 AD574A与微型机接口电路 微机控制技术

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