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1、1第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路模拟开关是数据采集系统中主要部件之一，它的作用是切换各路输入信号。在测控系统中，被测物理量经常是几个或几十个。为了降低成本和减小体积，系统中通常使用公共的采样保持第一节模拟多路开关2008年秋学期授课教师 王翥1为了降低成本和减小体积，系统中通常使用公共的采样保持器、放大器及A/D转换器等器件，因此，需要使用多路开关轮流把各路被测信号分时与这些公用器件接通。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路多路开关有机械触点式开关和半导体模拟开关。机械触点式开关中最常用的是干簧继电器，它的导通电阻小，但切换速率慢。集成模拟电子开关的体积小，切换速率快且无抖200
2、8年秋学期授课教师 王翥2动，耗电少，工作可靠，容易控制。它的缺点是导通电阻较大，输入电压电流容量有限，动态范围小。集成模拟电子开关在测控技术中得到广泛应用。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路模拟开关的主要技术参数如下：（1）通道数量通道数量是模拟开关的主要指标之一，表示最多输入信号的路数。通道数量对输入信号传输的精度和切换速率有直接影响。当某一路被选通时。其他被阻断的通道并不能完全断开，而是处于高阻状态，泄漏电流将对导通的那路产生影响。显然，2008年秋学期授课教师 王翥3而是处于高阻状态，泄漏电流将对导通的那路产生影响。显然，通道数越多，漏电流越大，寄生电容的影响也越大。（2）泄漏电
3、流Is一个理想开关要求导通时电阻0；断开时电阻为，漏电流为0。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（3）导通电阻Ron导通电阻会使输入信号损失，精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时信号损失更大。应用时要根据实际情况选择导通电阻足够低的开关。导通电阻值与电源电压有直接关系，通常电源电压越高，导通电阻越小。（4）导通电阻的平坦度R2008年秋学期授课教师 王翥4（4）导通电阻的平坦度Ron导通电阻随着输入电压的变化会产生波动，导通电阻的平坦度是指在指定的输入电压范围内，导通电阻的最大起伏值Ron=Ronmax-Ronmin，它表明导通电阻的平坦程度，Ron越小越好。第6章 信号转换电路第
4、6章 信号转换电路（5）切换速度切换速度是模拟开关的重要指标，表明模拟开关接通或断开的速度，通常用接通时间ton和断开时间toff来表示。传输快速变化的信号，要求开关的切换速度快。选择开关速度时，还要充分考虑与后级的采2008年秋学期授课教师 王翥5速度快选择开关速度时，还要充分考虑与后级的采样保持器及A/D转换器的速度相适应。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（6）电源电压范围器件的工作电压也是个重要参数，它不仅与开关的导通电阻的大小及切换速度的快慢有直接关系，而且决定输入信号的动态范围。电源电压越高，切换速度越快，导通电阻越小；电源电压越低，切换速度越慢，导通特性变差。2008年秋学
5、期授课教师 王翥6在选择器件时，要根据系统情况选择高电压型器件或低电压型器件。另外，电源电压还限制了信号的动态范围，因为输入电压最高只能达到电源电压的幅度。2第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路分类：按输入信号的连接方式可分为单端输入和差动输入；按信号的传输方向可分为单向开关和双向开关。双向开关可以实现2个方向的信号传输，既能完成从“多”到“一”的转换，也能完成从“一”到“多”的转换。另外，还可分为电压开关和电流开关，分别用来传输电2008年秋学期授课教师 王翥7另外，还可分为电压开关和电流开关，分别用来传输电压信号和电流信号。在实际的数据采集系统中，有时采样点数远不止8路、16路，而需要
6、32路、64路，甚至128路或更多。因此，经常需要使用多个集成模拟开关进行通道扩展，以满足要求。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路多路模拟开关CD4051原理图023567输入/输出A+E逻辑8选131415121524161110S1S2S3S142008年秋学期授课教师 王翥8BC输出/输入-E1-E2辑电平转换电路选1译码电路9687INHS4S5S6S7S8第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第二节采样保持器无论A/D转换器的速度多快，A/D转换总需要时间。在A/D转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使A/D转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。为了减小误差需要
7、保持采样信号不变首先考2008年秋学期授课教师 王翥9为了减小误差，需要保持采样信号不变。首先考虑输入模拟信号的变化对A/D转换的影响。如果输入的是直流信号，在A/D转换期间信号不变，则对模数转换没有影响。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路 基本性质()()=）为发出保持命令的时刻保持期(t0 00tutuuii采样期捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间2008年秋学期授课教师 王翥10关断时间：从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳定下来为止，所需的时间定义为关断时间。捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不
8、好，它们限制了电路的工作速度。捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路要求对输入信号的瞬时值进行测量，为了使模拟信号变化产生的A/D转换误差小于A/D转换器分辨率的1/2，需要满足下式：式中，VFS为A/D转换器的满度值，tc为转换时间，Vx为2008年秋学期授课教师 王翥11式中，VFS为A/D转换器的满度值，tc为转换时间，Vx为输入信号。对于正弦函数，若使用12位A/D转换器，tc=25s，可求得信号Vx的频率fs0.78Hz。可见，在保证精度的条件下，直接用A/D转换器进行转换。输入信号的频率很高，
9、则需要用采样保持器将信号锁定。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路采样保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。在采样方式下，采样保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持方式下，采样保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直到保持命令撤销为止。如图所示，A1为由高输入阻抗的场效应管组成的放大器A2为输出缓冲器开关K是工作方式控制开关当开2008年秋学期授课教师 王翥12器，A2为输出缓冲器，开关K是工作方式控制开关。当开关K闭合时，输入信号Vin经放大器A1向电容器充电，此时为采样工作方式，当开关K断开时为保持方式3第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路ui,uoOuof(t)
10、t1 t2 t32008年秋学期授课教师 王翥13OtTsOtfs(t)第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路三、集成型采样/保持电路2008年秋学期授课教师 王翥14第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第三节第三节电压比较电路电压比较电路比较器用通用运算放大器和专用集成比较器的区别？（1）比较器的一个重要指标是它的响应时间，它一般低于10-20ns。响应时间与放大器的上升速率和增益-带宽积有关。因此，必须选用这两项指标都高的运算放大较2008年秋学期授课教师 王翥15器作比较器。（2）当在比较器后面连接数字电路时，专用集成比较器无需添加任何元器件，就可以直接连接，但对通用运算放大器而言
11、，必须对输出电压采取嵌位措施，用限幅措施换取较快的转换时间。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第三节第三节电压比较电路电压比较电路一 电平比较电路（单阈值比较器）（a）差动比较电路存在问题：若UR=0，则在ui=UR时，输入端存在共模电压URUo2008年秋学期授课教师 王翥16-1+1#uiUoURuiURa)b)电压比较器及其特性第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第三节第三节电压比较电路电压比较电路一 电平比较电路（b）求和比较电路（阈值可变）优点：阈值可变门限电压：缺点：振铃现象URRUR21=un2008年秋学期授课教师 王翥17URuiUo-+uiUoUR1R2R第6章
12、信号转换电路第6章 信号转换电路第三节第三节电压比较电路电压比较电路二、滞回比较电路（正反馈阈值）两个阈值：UuioU1OU2-1+1#uiUoURRR22008年秋学期授课教师 王翥18低电平电压分别为比较器输出高、oHoLoHRoLRUURRRURRRUURRRURRRUU21221122122111+=+=URR1()oLoHUURRRUUU+=21212R1、R2决定U1、U2的差值4第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第三节第三节电压比较电路电压比较电路三、窗口比较电路单方向多个阈值-1+1#&VSER1RPUo1UUZN1UR1“1”“0”OUUR2UR1uiUo2008年秋学
13、期授课教师 王翥19-1+1#uiR2Uo2UoN2UR2“0”()22112/RZRPPZRZRUKUURRRUUUEU+=+=分析ui与UR2、UR1的逻辑关系第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器1、最简单的最简单的420mA输入输入/5V输出的输出的I/V转换电路转换电路在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，下图就是这种电路最简单的应用示意图仅仅使用只转换取样电阻就可以把2008年秋学期授课教师 王翥
14、20简单的应用示意图。仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照VinI=R求出，Vin是单片机需要的满度AD信号电压，I是输入的最大信号电流。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器1、最简单的最简单的420mA输入输入/5V输出的输出的I/V转换电路转换电路特点：简单。存在问题：其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照420mA输入电流转换到最大5V电压来分析零点的时候恰好就是这个在单片机资源足够的2008年秋学期授课教师 王翥21来分析，零点的时候恰好就是1V，
15、这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来。其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。为了达到AD转换精度，就会增加位数，导致芯片成本增加。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器2、010mA/05V的的I/V变换电路变换电路在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围电流输入端加稳压极管2008年秋学期授课教师 王翥22范围，电流输入端加一稳压二极管。如图，若精密电阻R1Rw50
16、0,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1Rw250,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器2、010mA/05V的的I/V变换电路变换电路对于存在共模干扰的电流输入信号，可采用隔离变压器耦合方式，实现0-10mA/0-5V的I/V变换，一般变压器输出端的负载能力较低，在实际应用中还应在输出端接一个电压跟随器作2008年秋学期授课教师 王翥23为缓冲器，以提高驱动能力。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器3、由
17、运放组成的由运放组成的010mA/05V的的I/V变换电路在图中，运放变换电路在图中，运放A1的放大倍数为的放大倍数为A(R1+Rf)/R1,若若R1100k，Rf150k，则，则A2.5；若；若R4200，对于，对于010mA的电流输入信号，将在的电流输入信号，将在R4上产生上产生02V的电压信号，由的电压信号，由A2.5可知，可知，0的输入电流对应的输入电流对应的输出电压信号的输出电压信号2008年秋学期授课教师 王翥2410mA的输入电流对应的输入电流对应05V的输出电压信号的输出电压信号。图中电流输入信号Ii是从运放A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例
18、如，OP-07、OP-27等。5第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器4、420mA/05V的的I/V变换电路变换电路如图，可知流过反馈电阻Rf的电流与流过电阻R5、R1电流之和相等，又有uN=uPisR。则：（推导公式）2008年秋学期授课教师 王翥25第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器4、420mA/05V的的I/V变换电路变换电路若R200，R118k，Rf7.14k，R543k，并调整Vf7.53V，输出电压Vo的表达式可写成:（推导公式）2008年秋学期授课
19、教师 王翥26（推导公式）第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器5、LM324组成的组成的420mA输入输入/5V输出的输出的I/V转换电路转换电路图中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500的阻值，对应20mA 的时候，转换电压为10V，2008年秋学期授课教师 王翥27转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流
20、转换电路一、I/V转换器5、LM324组成的组成的420mA输入输入/5V输出的输出的I/V转换电路转换电路图中采用的是廉价运放LM324，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在RAO上的压降。有了运算放大器，还使得 RAO的取值可以更加2008年秋学期授课教师 王翥28得 RAO的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。这样，就可以真正把420mA电流转换成为05V电压了。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路一、I/V转换器了解即可了解即可6、OP07组成的组成的420m
21、A输入输入/5V输出的输出的I/V转换电路转换电路如图电路是一种被推荐使用的较好线路，2008年秋学期授课教师 王翥29首先，对运放的供电采用了由DIP封装的TL431组成的高精度稳压电路第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器1、05V/010mA的的V/I变换电路变换电路如图是由运放和阻容等元件组成的V/I变换电路，能将05V的直流电压信号线性地转换成010mA的电流信号，A1是比较器A3是电压跟随器，构成负反馈回路。2008年秋学期授课教师 王翥306第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转
22、换电路二、V/I转换器1、05V/010mA的的V/I变换电路变换电路输入电压Vi与反馈电压Vf比较，在比较器A1的输出端得到输出电压V1，V1控制运放A2的输出电压V2，从而改变晶体管T1的输出电流IL，而输出电流IL又影响反馈电压Vf，达到跟踪输入电压Vi的目的。2008年秋学期授课教师 王翥31目的。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器1、05V/010mA的的V/I变换电路变换电路输出电流IL的大小可通过下式计算：ILVf/(Rw+R7)，由于负反馈的作用使Vi=Vf，因此ILVi/(Rw+R7)，当Rw+R7取值为500
23、时,可实现05V/010mA的V/I转换，如果所选用器件的性能参数比较稳定运放的放大倍数较大那么这种电2008年秋学期授课教师 王翥32性能参数比较稳定，运放A1、A2的放大倍数较大，那么这种电路的转换精度，一般能够达到较高的要求。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器2、010V/010mA的的V/I变换电路变换电路Ub=0V R1R2100k，R3R4=20k（推导公式）2008年秋学期授课教师 王翥33第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器2、010V/010mA的
24、的V/I变换电路变换电路结论：当运放的开环增益足够大时，输出电流与输入电压满足线性关系，而且关系式中只与反馈电阻R7的阻值有关。显然，当R7200时，此电路能实现010v/010mA的V/I变换。2008年秋学期授课教师 王翥34如果取：R7125Ub=-2.5V，则该电路的输出值为4-20mA第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器3、15V/420mA的的V/I变换电路变换电路图中输入电压Vi是叠加在基准电压VB(VB=10V)上，从运放A1的反向输入VN端输入的，晶体管T1、T2组成复合管，作为射极跟踪器，起到降低T1基极电流的
25、作用(即忽略反馈电流I2)，使得ILI1而运放A1满足VNV2008年秋学期授课教师 王翥35ILI1，而运放A1满足VNVp，（推导公式）第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器3、15V/420mA的的V/I变换电路变换电路如果电路图中R1R2R，R4R5k*R，则有如下表达式：)2(VVVVI)1(k1kV24RRRV24VVVNfiNB242BBPN+=+=反馈电流2008年秋学期授课教师 王翥36k)R(1V)k1(V-24IRkVI)3)(2)(1()3(RV24I)2(RVVRVVIiB2fi1ff15Nf1iN2+=，
26、得到：联立反馈电流：7第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第四节第四节电压电流转换电路电压电流转换电路二、V/I转换器3、15V/420mA的的V/I变换电路变换电路若Rf62.5,k=0.25,Vi=15V，则I1420mA，而实际变换电流IL比I1小，相差I2(IL=I1-I2)，I2是一个随输入电压Vi变化的变量，输入电压最小时(Vi=1V),误差最大，在实际应用中，为了使误差降到最小般R1R2Rf的阻值分别选取40 25k 40k 62 52008年秋学期授课教师 王翥37到最小，一般R1，R2，Rf的阻值分别选取40.25k,40k,62.5。第6章 信号转换电路第6章 信号转换
27、电路1、转换时间和转换速率：A/D完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。并行式转换时间最短约为200速率为 0 20次第五节第五节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路一、A/D转换器的主要技术指标2008年秋学期授课教师 王翥38并行式转换时间最短约为2050ns，速率为5020M次/s；逐次比较式转换时间约为0.4s，速率为2.5M次/s。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路2、分辨率：习惯上用输出二进制位数或BCD码位数表示。例如AD574 A/D转换器，可输出二进制12位，即用212个数进行量化，其分辨率为1LSB，用百分数表示为1/212=0.24。第第五五节节
28、A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路一、A/D转换器的主要技术指标2008年秋学期授课教师 王翥39又如双积分式输出BCD 码的A/D转换器MC14433，其分辨率为三位半。若满字位为1999，用百分数表示其分辨率为1/1999100%=0.05%。量化过程引起的误差为量化误差，是由于有限位数字量对模拟量进行量化而引起的误差。量化误差理论上规定为1个单位分辨率，提高分辨率可减少量化误差。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路3、转换精度：定义为一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值。4.A/D转换器的选择按输出代码的有效位数分：位位位等2008年秋学期授课教师 王翥
29、408位、10位、12位等。按转换速度分：超高速（转换时间1ns）；高速（转换时间1s）；中速（转换时间1ms）；低速（转换时间1s）等。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（1）A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统测量控制的范围和精度有关，但又不能唯一确定系统的精度。系统精确度涉及的环节较多：传感器变换精度、信号预处理电路精度和A/D转换器及输出电路、控制机构精度，甚至还包括软件控制算法。2008年秋学期授课教师 王翥41A/D转换器的位数至少要比总精度要求的最低分辨率高1位，位数应与其他环节所能达到的精度相适应。只要不低于它们就行，太高无意义，且价高。8位以下：低分辨率A/D转换器
30、；912位：中分辨率；13位以上：高分辨率；第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（2）A/D转换器转换速率的确定：从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的时间，这就是A/D转换器的转换时间。如用转换时间为100s的集成A/D转换器，其转换速率为10千次/秒。2008年秋学期授课教师 王翥42根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个点（采样频率为最高频率的2倍，经验值为510倍），最高也只能处理1kHz的信号。把转换时间减小到10s，转换频率可提高到100kHz。信号频率可提高到10kHz。8第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（3）是否加采样保持器：直流和变化非常缓慢
31、的信号可不用采样保持器。其他情况都要加采样保持器。根据分辨率、转换时间、信号带宽关系，可得到如下数据作为是否要加采样保持器的参考：如果A/D转换器的转换时间是100ms、ADC是8位、没有采样保持器时信号的允许频率是0 12Hz2008年秋学期授课教师 王翥43样保持器时，信号的允许频率是0.12Hz；如果ADC是12位，该频率为0.0077Hz。如果转换时间是100s，ADC是8位时，该频率为12Hz，12位时是0.77Hz。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（4）工作电压和基准电压：选择使用单一+5V工作电压的芯片，与单片机系统共用一个电源就比较方便。基准电压源是提供给A/D转换器在
32、转换时所需要的参考电压，在要求较高精度时，基准电压要单独用高精度稳压电源供给。2008年秋学期授课教师 王翥44源供给第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路a)f(t)tF8F6F5F4F3F2F101234567F7Of1(t)FF5、量化和量化误差：2008年秋学期授课教师 王翥45b)t0123456701110111111111010 0011101对应编码1F2F3F4F5F6F7F8F第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第第五五节节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路二、A/D转换器的基本原理UiUs Dj=“1”1、逐次逼进式A/D转换器UiUs Dj=“0”比较器D
33、/A转换器输出缓冲UiUS2008年秋学期授课教师 王翥46逐次逼近寄 存 器逻辑控制电路器输出允许转换结束启动时钟UiDn-1D0第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路2008年秋学期授课教师 王翥47第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路URURURURUiUiUiUi2008年秋学期授课教师 王翥48URURURURURURUiUiUiUiUiUiUiUR9第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第第五五节节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路二、A/D转换器的基本原理2、双积分式A/D转换器电子RCUib)UCUi1Ui2T1tO2T 2T2008年秋学期授课教师 王翥49#
34、-1+1电子开关计数器逻辑控制数据输出标准时钟iUR-URUC-+N第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第第五五节节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路二、A/D转换器的基本原理3、并行比较式A/D-1+1#N33U/4N3N2N1d1d0UiUR/400000UR/4UiUR/200101UR/2UiUR111112008年秋学期授课教师 王翥50N1-1+1#-1+1#N21&1Uid1d03UR/4UR/2UR/4第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第第五五节节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路三、几种常用A/D转换器的应用1、AD0809（逐次逼近式）及与单片机的
35、接口设计2008年秋学期授课教师 王翥51第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（1）ADC0809引脚及功能逐次逼近式8路模拟输入、8位输出的A/D转换器。其引脚如下图，共28引脚，双列直插式封装。主要引脚功能如图：2008年秋学期授课教师 王翥52第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路1)IN0IN7：8路模拟信号输入端。2)D0D7：8位数字量输出端。3)C、B、A：控制8路模拟通道的切换，C、B、A=000111分别对应IN0IN7通道的地址。4)OE、START、CLK：控制信号端，OE为输出允许端START为启动信号输2008年秋学期授课教师 王翥53为输出允许端，START为
36、启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。5)VR(+)和VR(-)：参考电压输入端。6)EOC：转换结束后输出高电平。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（2）ADC0809结构及转换原理结构框图如图11-15所示。0809完成1次转换需100s左右。可对05V的模拟信号进行转换。2008年秋学期授课教师 王翥5410第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（3）MCS-51与ADC0809的接口单片机如何来控制ADC?（参见单片机相关章节）2008年秋学期授课教师 王翥55第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路8位分辨率的ADC常常不够，必须选择分辨率大于8位的芯片，如10位、12位、
37、16位A/D转换器。介绍12位A/D转换器AD574。（1）AD574简介第五节第五节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路三、几种常用A/D转换器的应用2、AD574（逐次逼近式）及与单片机的接口设计2008年秋学期授课教师 王翥56（1）AD574简介12位逐次比较型A/D转换器。转换时间为25s，转换精度为0.05%，芯片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。AD574片内有时钟，无须外加时钟。AD574为28脚双列直插式封装，其引脚如图。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路引脚的功能如下：CS*：片
38、选信号端。CE：片启动信号。R/C*：读出/转换控制信号。12/8*：数据输出格式选择。112条数据线同时输出转2008年秋学期授课教师 王翥571：12条数据线同时输出转换结果，0：转换结果为单字节输出，即只有高8位或低4位有效。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路A0：字节选择控制线。在转换期间：0：进行全12位转换，转换时间为25s；1：进行8位转换，转换时间为16s。在读出期间2008年秋学期授课教师 王翥58在读出期间：0：高8位数据有效；1：低4位数据有效，中间4位为“0”，高4位为三态。因此当两次读出12位数据时，12位数据遵循左对齐原则，如左所示：结果的高结果的高8位位 结
39、果的低4位+4位尾0结果的低4位+4位尾0第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路上述五个控制信号组合的真值表如表所示：CECS*R/C*12/8*A0操作0X1X10XX0XXXXX0无操作无操作初始化为12位转换2008年秋学期授课教师 王翥59111100000111X1001X01初始化为8位转换允许12位并行输出允许高8位输出允许低4位+4位尾0输出第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路2008年秋学期授课教师 王翥60STS：输出状态信号引脚。转换完成时为低电平。STS可作为状态信息被CPU查询，也可用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知CPU A/D转换已完成，可读取转换结果。
40、11第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（2）AD574的工作特性工作状态由CE、CS*、R/C*、12/8*、A0五个控制信号决定，当CE=1，CS*=0同时满足，才处于工作状态。当AD574处于工作状态时：R/C*=0，启动A/D转换；R/C*=1，进行数据读出。2008年秋学期授课教师 王翥61进行数据读出12/8*和A0端用来控制转换字长和数据格式。A0=0，按完整的12位A/D转换方式工作启动转换；A0=1，按8位A/D转换方式启动转换，当AD574处于数据读出工作状态（R/C*=1）时，A0和12/8*成为数据输出格式控制端。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路12/8*=
41、1，对应12位并行输出；12/8*=0，对应8位的双字节输出。其中：A0=0时，输出高8位；A0=1时，输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。需要注意的地方2008年秋学期授课教师 王翥62需要注意的地方：1）12/8*端与TTL电平不兼容，故只能直接接至+5V或0V上。2）A0在数据输出期间不能变化。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路2008年秋学期授课教师 王翥63第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（3）AD574的单极性和双极性输入特性图(a)为单极性转换电路，可实现：010V或020V的转换。图(b)为双极性转换电路，可实现：-5+5V或-10+10V的转换。2008年秋学
42、期授课教师 王翥64第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（4）MCS-51与AD574的接口设计AD574片内有时钟，无须外加时钟。单极性输入方式：可对010V或020V模拟信号进行转换。结果的高8位从DB11DB4输出，低4位从DB3DB0输出，并直接和单片机的数据总线相连。如遵循左对齐原则，DB3DB0应接单片机数据总线的高半字节。2008年秋学期授课教师 王翥65第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路为实现启动A/D转换和结果读出，片选信号CS*由地址线A1提供，读写时，A1=0；CE信号由单片机的WR*和A7经一级或非门提供，R/C*由RD*和A7经一级或非门产生，A7应为低电平
43、。2008年秋学期授课教师 王翥6612第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路输出状态信号STS接P3.2，供单片机查询A/D转换是否结束。12/8*端接+5V，AD574的A0由地址总线A0控制，实现全12位转换，并将12位数据分两次送入数据总线上。2008年秋学期授课教师 王翥67第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路利用该接口电路完成一次A/D转换的工作程序如下：（假定转换结果高8位在R2中，低4位在R3中，按左对齐原则）：MAIN：MOV R0，7CH；选择AD574，并令；A0=0，12位转换（#01111100B）MOVX R0，A；启动A/D转换，LOOP：NOP2008年秋
44、学期授课教师 王翥68LOOP：NOPJB P3.2，LOOP；查询转换是否结束MOVX A，R0；读取高8位MOV R2，A；存入R2中MOV R0，7DH；令A0=1MOVX A，R0；读取低4位MOV R3，A；存入R3中第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路第五节第五节A/DA/D、D/AD/A转换电路转换电路三、几种常用A/D转换器的应用3、MC14433（双积分式）及与单片机的接口设计双积分型由于两次积分时间比较长，所以转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也较好。常用的有位双积分转换器（精度相当于2008年秋学期授课教师 王翥69常用的有3
45、位双积分A/D转换器MC14433（精度相当于11位二进制数）和4位双积分A/D转换器ICL7135（精度相当于14位二进制数）。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（1）MC14433A/D转换器简介MC14433是3位双积分型A/D转换器，有精度高、抗干扰性能好等优点，缺点为转换速度慢，约110次/秒。与国内产品5G14433完全相同，可互换。被转换电压量程为或2008年秋学期授课教师 王翥70被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路MC14433的引脚功能说明，如图1）电源及共地端VDD：主工作电源
46、+5V。VEE：模拟部分的负电源端，接-5V。VAG：模拟地端。VSS：数字地端。基准电压输入端2008年秋学期授课教师 王翥71VR：基准电压输入端。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路MC14433的引脚功能说明，如图2）外接电阻及电容端R1：积分电阻输入端，转换电压VX=2V时，R1=470k；转换电压VX=200mV时，R1=27k。C1：积分电容输入端，一般取0.1F。R1/C1：R1与C1的公共端2008年秋学期授课教师 王翥72R1/C1：R1与C1的公共端。CLKI、CLKO：外接振荡器时钟调节电阻RC，RC取值可查手册。13第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路3）转换
47、启动/结束信号端EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。DU：启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转换结束后，自动启动新的转换。4）过量程信号输出端2008年秋学期授课教师 王翥73OR*：当|VX|VR，过量程输出低电平。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路5）位选通控制端DS4DS1：分别为个、十、百、千位输出的选通脉冲，DS1对应千位，DS4对应个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期两个相应脉冲2008年秋学期授课教师 王翥74个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路位选通控制端时序：2008年秋学期授课教师 王翥75第6章 信
48、号转换电路第6章 信号转换电路6）BCD码输出端Q0Q3：BCD码数据输出线。Q0为最低位，Q3为最高位。当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数。但在DS1（千位）选通期间，输出端2008年秋学期授课教师 王翥76Q0Q3除了表示个位的0或1外，还表示被转换电压的正负极性、欠量程还是过量程，具体含义如下表所示。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路DS1选通时Q3Q0表示的结果DS1选通时Q3Q0表示的结果Q3 Q2 Q1 Q0表 示 结 果1 00 01 00 0Q3 Q2 Q1 Q0表 示 结 果1 00 01 00 00 01 1千位数为0千位数为1结果为正结果为负
49、千位数为0千位数为1结果为正结果为负输入过量程输入过量程2008年秋学期授课教师 王翥770 0 1 11 1 1 1 输入过量程输入过量程输入欠量程输入欠量程由表可知：（1）Q3表示千位（1/2位）的值，“0”对应1，“1”对应0。（2）Q2表示极性，“1”为正极性，“0”为负极性。（3）Q0=“1”表示过量程或欠量程：“0”表示过量程；“1”表示欠量程。第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路（2）MC14433与8031单片机的接口如图，MC1403为+2.5V精密基准源。DU端与EOC端相连，即选择连续转换方式，每次转换结果都送至输出寄存器。EOC是A/D转换结束的输出标志。读取A/D
50、转换结果可以采用中断方式或查询方式。采用中断方式时，EOC端与8031外部中断输入端INT0*或INT1*相连。采用查询方式EOC端可与任一I/O口线相连。2008年秋学期授课教师 王翥7814第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路若用中断方式读取MC14433的结果，应选用跳沿触发方式。如果转换结果存放到8031内部RAM的20H、21H单元中，存放格式如图所示。2008年秋学期授课教师 王翥79第6章 信号转换电路第6章 信号转换电路初始化程序开放CPU中断，允许外部中断1中断请求，置外部中断1为跳沿触发方式。每次A/D转换结束，都向CPU请求中断，CPU响应中断，执行中断服务程序，读取