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1、微机控制技术项目教程微机控制技术项目教程(jiochng)项目项目三三 模拟量输入输出通道接口设计模拟量输入输出通道接口设计第一页，共105页。项目项目(xingm)(xingm)任务单任务单通过本项目的相关知识的学习，要求完成下面两个电路(dinl)的软硬件设计：简易的温度报警器的设计 简易的数控直流稳压电源的设计 第1页/共105页第二页，共105页。任务任务(rn wu)(rn wu)知识及实施知识及实施uu在微型计算在微型计算(j sun)(j sun)机控制系统中，要实现对工业对象和生产过机控制系统中，要实现对工业对象和生产过程的控制，就要将对象的各种状态参数，经过测量按照计算程的控
2、制，就要将对象的各种状态参数，经过测量按照计算(j(j sun)sun)机要求的方式送入微型计算机要求的方式送入微型计算(j sun)(j sun)机。机。uu计算计算(j sun)(j sun)机经过计算机经过计算(j sun)(j sun)、处理之后，将结果以数字量、处理之后，将结果以数字量的形式输出，然后经过相应的一系列输出变换，使输出量变成适合的形式输出，然后经过相应的一系列输出变换，使输出量变成适合控制工业对象的量。控制工业对象的量。uu因此，在计算因此，在计算(j sun)(j sun)机和工业控制对象之间，必须设置信息的机和工业控制对象之间，必须设置信息的传递和变换装置。这个装置
3、就叫做输入输出通道，它们在微型计算传递和变换装置。这个装置就叫做输入输出通道，它们在微型计算(j sun)(j sun)机和工业控制对象之间起着连接纽带和桥梁的作用。机和工业控制对象之间起着连接纽带和桥梁的作用。uu输入输出通道包括输入输出通道包括uu模拟量输入通道模拟量输入通道uu模拟量输出通道模拟量输出通道uu数字量输入通道数字量输入通道uu数字量输出通道数字量输出通道第2页/共105页第三页，共105页。3.1 3.1 模拟量输入模拟量输入(shr)(shr)通道通道 3.1.2 A/D转换转换(zhunhun)及其接口技术及其接口技术 3.1.3典型典型A/D转换器应用转换器应用(yn
4、gyng)实例实例案例案例4 简易的温度报警器的设计简易的温度报警器的设计3.1.1模拟量输入通道模拟量输入通道第3页/共105页第四页，共105页。3.1.13.1.1模拟量输入模拟量输入(shr)(shr)通道组成通道组成模拟量输入通道的任务，就是模拟量输入通道的任务，就是(jish)(jish)要把从控制要把从控制对象检测得到的模拟信号，变换成二进制数字信号，对象检测得到的模拟信号，变换成二进制数字信号，经接口送入计算机。经接口送入计算机。1.模拟量输入通道模拟量输入通道(tngdo)的一般组成的一般组成2.输入信号的处理输入信号的处理3.采样和采样定理采样和采样定理4.模拟多路开关模拟
5、多路开关5.采样保持器采样保持器第4页/共105页第五页，共105页。1.1.模拟量输入通道模拟量输入通道(tngdo)(tngdo)的一般组成的一般组成 模拟量输入模拟量输入(shr)(shr)通道的结构形式有通道的结构形式有单路模拟量输入单路模拟量输入(shr)(shr)通道通道多路模拟量输入多路模拟量输入(shr)(shr)通道通道 第5页/共105页第六页，共105页。2.2.输入输入(shr)(shr)信号的处理信号的处理输入信号处理输入信号处理(xn ho ch l)(xn ho ch l)的任务是将被测对象的的任务是将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。输出信号变换成计
6、算机要求的输入信号。图3.2 输入信号(xnho)的处理电路的结构第6页/共105页第七页，共105页。图3.2 输入信号的处理(chl)电路的结构第7页/共105页第八页，共105页。3.3.采样采样(ci yn)(ci yn)和采样和采样(ci yn)(ci yn)定理定理（1 1）信号）信号(xnho)(xnho)的采样的采样（2 2）量化）量化第8页/共105页第九页，共105页。（1 1）信号）信号(xnho)(xnho)的采样的采样采样(ci yn)的定义采样(ci yn)过程采样定理第9页/共105页第十页，共105页。采样(ci yn)的定义计算机数据(shj)采集系统按照分时
7、的方式逐点对现场连续信号进行采集，从而把连续变化量变成离散的数字量，这个过程称为信号的采样。第10页/共105页第十一页，共105页。采样(ci yn)的定义采样(ci yn)过程采样开关闭合的时间(shjin)称为采样宽度 两次采样之间的时间间隔两次采样之间的时间间隔T称为采样周期称为采样周期 第11页/共105页第十二页，共105页。采样(ci yn)的定义采样(ci yn)过程采样(ci yn)定理香农定理指出，如果随时间变化的模拟信号f(t)的最高频率为fmax,那么只要按照采样频率f 2fmax进行采样，则采样信号f*(t)就能无失真地恢复原连续信号f(t)。第12页/共105页第十
8、三页，共105页。（2 2）量化）量化所谓量化，就是所谓量化，就是(jish)(jish)用一组数码（如二进制码）来用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。量化过程可以视为量化过程可以视为“数值分层数值分层”的过程。的过程。第13页/共105页第十四页，共105页。微型计算机中的信号是以二进制数的代码来表示的，微型计算机中的信号是以二进制数的代码来表示的，任何值只能表示成二进制数的整数倍。假设任何值只能表示成二进制数的整数倍。假设fmaxfmax和和fminfmin分别为信号的最大值和最小值，则用字长为分别为信号的最大值
9、和最小值，则用字长为i i的的二进制数进行量化，量化单位二进制数进行量化，量化单位(dnwi)(dnwi)是模是模/数转数转换器最低位二进制位（换器最低位二进制位（LSBLSB）所代表的物理量，其）所代表的物理量，其值为值为第14页/共105页第十五页，共105页。4.4.模拟模拟(mn)(mn)多路开关多路开关pp模拟多路开关又称多路转换器。模拟多路开关又称多路转换器。pp模拟多路开关主要用在两方面模拟多路开关主要用在两方面(fngmin)(fngmin)：pp在多通道数据采样检测时，把多个模拟量参数分时地接通并送入在多通道数据采样检测时，把多个模拟量参数分时地接通并送入A/DA/D转换转换
10、器，即完成多到一的转换，这叫多路开关；器，即完成多到一的转换，这叫多路开关；pp把经由计算机处理，且由把经由计算机处理，且由D/AD/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）中，即完成一到多的转换，这叫多路到不同的控制回路（或外部设备）中，即完成一到多的转换，这叫多路分配器，或反多路开关。分配器，或反多路开关。第15页/共105页第十六页，共105页。（1 1）模拟）模拟(mn)(mn)多路开关的分类多路开关的分类pp根据组成结构的不同分：根据组成结构的不同分：pp一类是机械触点式开关，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电
11、一类是机械触点式开关，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器；器；pp另一类是无触点电子式开关，如晶体管、场效应管以及集成电路开关等。另一类是无触点电子式开关，如晶体管、场效应管以及集成电路开关等。pp按用途来分：按用途来分：pp单向多路开关：只能做多路开关或反多路开关其中的一种单向多路开关：只能做多路开关或反多路开关其中的一种(y zhn)(y zhn)用途，用途，如如AD7501AD7501（8 8路）、路）、AD7506AD7506（1616路）；路）；pp双向多路开关：双向多路开关则既能做多路开关，又能做多路分配器，双向多路开关：双向多路开关则既能做多路开关，又能做多路分配器，称为
12、如称为如CD4051CD4051。pp按输入信号的连接方式来分按输入信号的连接方式来分pp单端输入：单端输入：CD4051CD4051pp双端输入（或差动输入）：双端输入（或差动输入）：CD4052CD4052第16页/共105页第十七页，共105页。（2 2）CD4051CD4051CD4051CD4051是单端是单端8 8通道通道(tngdo)(tngdo)双向多路开关双向多路开关 8路模拟量输入通道，输入信号路模拟量输入通道，输入信号 Vi的电压范围可以在的电压范围可以在 VDD VSS 之间，即之间，即VSSViVDD。C，B，A的信号用来选择 8个通道之一被接通 CD4051允许VD
13、D，VEE，VSS的电压范围为 0.5V15V 禁止输入端INH=“1”，禁止模拟量输入当INH=“0”，允许模拟量输入多路分配器设置端，只要把输入信号与引脚 3连接，改变 C，B，A三个控制信号的值，则可使其与 8个输出端的任何一路相通，完成一到多的分配器。第17页/共105页第十八页，共105页。5.5.采样采样(ci yn)(ci yn)保持器保持器在工业生产过程中，有很多变化比较快的模拟量，而且我们还经常要对多个在工业生产过程中，有很多变化比较快的模拟量，而且我们还经常要对多个通道的模拟输入量进行分时采样，这就要求输入到通道的模拟输入量进行分时采样，这就要求输入到A/DA/D转换器的模
14、拟量在整转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求A/DA/D转换器的输入信号能够转换器的输入信号能够(nnggu)(nnggu)跟随模拟量变化。上述任务的完成要靠一种器件叫做采样跟随模拟量变化。上述任务的完成要靠一种器件叫做采样保持保持器（器（Sample/HoldSample/Hold），简写为），简写为S/HS/H。第18页/共105页第十九页，共105页。（1 1）采样）采样保持器的工作保持器的工作(gngzu)(gngzu)原理原理S/HS/H一般由模拟开关、储能元件（电容一般由模拟开关、储能元件（电容(dinrng)(dinr
15、ng)）和缓冲放大器组成）和缓冲放大器组成 第19页/共105页第二十页，共105页。在采样方式中，控制开关S闭合，输入信号通过电阻R向电容C充电，采样保持器的输出跟随模拟量输入电压变化。在保持状态时，开关S断开，采样保持器的输出为电容C上的电压，一直保持在保持命令(mng lng)发出时刻的电压值，直到再度发出采样命令(mng lng)时为止。第20页/共105页第二十一页，共105页。（2 2）常用）常用(chn yn)(chn yn)的采样保持器的采样保持器常用的采样常用的采样保持器有国家保持器有国家(guji)(guji)半导体公司的半导体公司的LFl98/298/398LFl98/2
16、98/398以以及美国及美国ADAD公司的公司的AD582AD582，AD585AD585，AD346AD346，AD389AD389，ADSHC-85ADSHC-85等。等。第21页/共105页第二十二页，共105页。LF398LF398 LF398LF398是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样保持电保持电路。它具有采样速度快，保持下降速度慢，以及精度高路。它具有采样速度快，保持下降速度慢，以及精度高等特点。等特点。电容电容C C外接，大小外接，大小(dxio)(dxio)取决于维持时间的长短。取决于维持时间的长短。LF398LF398有两个逻辑控制输入端用来
17、控制采样和保持，具有两个逻辑控制输入端用来控制采样和保持，具有低输入电流差动输入，允许直接与有低输入电流差动输入，允许直接与TTLTTL，PMOSPMOS，CMOSCMOS电平相连，其门限值为电平相连，其门限值为1.4V1.4V。当逻辑参考输入端。当逻辑参考输入端接地时，控制电平与接地时，控制电平与TTLTTL兼容。兼容。第22页/共105页第二十三页，共105页。LFl98/LF298/LF398LFl98/LF298/LF398芯片芯片(xn pin)(xn pin)各引脚功能：各引脚功能：VINVIN：模拟量电压：模拟量电压(diny)(diny)输入。输入。VOUTVOUT：模拟量电压
18、：模拟量电压(diny)(diny)输出。输出。逻辑（逻辑（logiclogic）和逻辑参考（）和逻辑参考（logic referencelogic reference）：逻辑及逻辑参考电平，用来控）：逻辑及逻辑参考电平，用来控制采样制采样保持器的工作方式。当引脚保持器的工作方式。当引脚8 8为高电平时，通过控制逻辑电路为高电平时，通过控制逻辑电路A3A3使使开关开关S S闭合，电路工作在采样状态。反之，当引脚闭合，电路工作在采样状态。反之，当引脚8 8为低电平时，则开关为低电平时，则开关S S断断开，电路进入保持状态。逻辑参考端可以直接接地，然后，在引脚开，电路进入保持状态。逻辑参考端可以直
19、接接地，然后，在引脚8 8端用一个端用一个逻辑电平控制。逻辑电平控制。偏置（偏置（OFFSETOFFSET）：偏差调整引脚。可用外接电阻调整采样）：偏差调整引脚。可用外接电阻调整采样保持器的偏差。保持器的偏差。CHCH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。V V，V V：采样：采样保持电路保持电路电源引脚。电源变化范围为电源引脚。电源变化范围为5V5V到到10V10V。第23页/共105页第二十四页，共105页。3.1.2 A/D3.1.2 A/D转换转换(zhunhun)(zhunhun)及其接口技术及其接口技术模拟量输入通道模拟量输入通道(tngdo)
20、(tngdo)的任务是将模拟量转换成数字量，能够的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称之为模完成这一任务的器件，称之为模/数转换器，简称数转换器，简称A/DA/D转换器。转换器。1.A/D转换转换(zhunhun)原理原理2A/D转换器的主要参数转换器的主要参数3.A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术 第24页/共105页第二十五页，共105页。1.A/D1.A/D转换转换(zhunhun)(zhunhun)原理原理 A/D转换的常用方法(fngf)有 计数器式A/D转换 逐次逼近型A/D转换（最常用）双积分式A/D转换 V/F变换型A/D转换 并行A/D转换 第25页
21、/共105页第二十六页，共105页。逐次逼近逐次逼近(bjn)(bjn)型型A/DA/D转换原理转换原理 第26页/共105页第二十七页，共105页。这种转换器的转换的原理如下：这种转换器的转换的原理如下：转换开始时，将逐次逼近寄存器清转换开始时，将逐次逼近寄存器清0 0，这时，这时D/AD/A转换器输出转换器输出电压电压VSVS也为也为0 0。当。当A/DA/D转换器接到启动脉冲后，在时钟的作转换器接到启动脉冲后，在时钟的作用下，控制逻辑首先使用下，控制逻辑首先使N N位逐次逼近寄存器的最高位位逐次逼近寄存器的最高位DNDN1 1置置1 1（其余（其余N-1N-1位均为位均为0 0），经），
22、经D/AD/A转换器转换后，得到一个转换器转换后，得到一个模拟输出电压模拟输出电压VSVS。把这个。把这个VSVS与输入的模拟量与输入的模拟量VXVX在比较器中在比较器中进行比较，由比较器给出比较结果。当进行比较，由比较器给出比较结果。当VXVSVXVS时，保留最时，保留最高位高位DNDN1 1为为1 1，否则，该位清零。然后，再把，否则，该位清零。然后，再把DNDN2 2位置位置1 1，与上一位，与上一位DN1DN1，一起进入，一起进入(jnr)D/A(jnr)D/A转换器，经转换器，经D/AD/A转换后得到的模拟输出电压转换后得到的模拟输出电压VSVS再次与模拟量再次与模拟量VXVX进行比
23、较，进行比较，由由VXVSVXVS或或VXVXVSVS决定是保留这一位的决定是保留这一位的1 1，还是清，还是清0 0。如此。如此继续下去，经过继续下去，经过N N次比较，直至最后一位次比较，直至最后一位D0D0比较完成为止。比较完成为止。此时，此时，N N位逐次逼近寄存器中的数字量即为模拟量所对应的位逐次逼近寄存器中的数字量即为模拟量所对应的数字量。当数字量。当A/DA/D转换结束后，由控制逻辑发出一个转换结束转换结束后，由控制逻辑发出一个转换结束信号，以便告诉微型计算机，转换已经结束，可以读取数据。信号，以便告诉微型计算机，转换已经结束，可以读取数据。第27页/共105页第二十八页，共10
24、5页。2 2A/DA/D转换器的主要参数转换器的主要参数（1）分辨率分辨率（2）量程量程(lingchng)（3）精度精度(jn d)（4）转换）转换(zhunhun)时间时间（5）输出逻辑电平）输出逻辑电平（6）工作温度范围）工作温度范围（7）对基准电源的要求）对基准电源的要求 u分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。uA/D转换器的分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。量程是指所能转换的电压范围，如010V、05V等。有绝对精度和相对精度两种表示方法。常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位，如精度为最低位LSB的土1/2位，即土1/2LSB。逐次逼
25、近式单片A/D转换器转换时间的典型值为1.0200s。多为与TTL电平配合。在考虑数字量输出与微处理器数据总线的关系时，应注意是否要用三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。由于温度会对运算放大由于温度会对运算放大器和电阻网络产生影响，器和电阻网络产生影响，故只有在一定温度范围故只有在一定温度范围内才能保证额定精度指内才能保证额定精度指标。较好的转换器件工标。较好的转换器件工作温度为作温度为4085，比较差的只有，比较差的只有070。基准电源的精度将对整个基准电源的精度将对整个系统的精度产生影响，故系统的精度产生影响，故选芯片时应考虑是否要外选芯片时应考虑是否要外加精密参考电源等。加精密参考电源
26、等。第28页/共105页第二十九页，共105页。3.A/D3.A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术 在将在将A/DA/D转换器与微型计算机接口连接时，需要注意转换器与微型计算机接口连接时，需要注意(zh y)7(zh y)7个方面的问题：个方面的问题：（1）模拟量输入信号的连接（2）数字量输出引脚的连接（3）启动(qdng)信号的产生（4）转换结束后的数据读取处理（5）参考电平的连接（6）时钟信号的连接（7）接地问题第29页/共105页第三十页，共105页。（1 1）模拟量输入）模拟量输入(shr)(shr)信号的连接信号的连接 输入输入(shr)极性与量程的选择极性与量程的选择 输入通
27、道输入通道(tngdo)的选择的选择 A/D转换器所要求接收的模拟量大都为05V的标准电压信号。但是有些A/D转换器的输入除允许单极性外，也可以是双极性，用户可通过改变外接线路来改变量程。有的A/D转换器还可以直接拾取传感器的输出信号。由于工业现场中经常有多个模拟输入信号，在系统的模拟量输入通道中，单通道输入方式较少，更多的是多通道输入方式。在计算机控制系统中，多通道输入有两种方法。一种是采用多路开关与单通道A/D芯片组成多通道，有些还要接入采样保持器；另一种方法是直接采用带多路开关的A/D转换器，如ADC0809等。第30页/共105页第三十一页，共105页。（2 2）数字）数字(shz)(
28、shz)量输出引脚的连接量输出引脚的连接输出方式输出方式1 1：芯片数字量输出端具有可控的输出三态门，可直接与系统总线：芯片数字量输出端具有可控的输出三态门，可直接与系统总线相连，在转换结束后，相连，在转换结束后，CPUCPU通过执行一条输入指令产生读信号，选通三态门，通过执行一条输入指令产生读信号，选通三态门，将数据从将数据从A/DA/D转换器取走。转换器取走。输出方式输出方式2 2：芯片数字量输出端无输出三态门，或者输出三态门不受外部控：芯片数字量输出端无输出三态门，或者输出三态门不受外部控制，而是由转换电路在转换结束时自动选通的。对于这种制，而是由转换电路在转换结束时自动选通的。对于这种
29、A/DA/D转换器来说，转换器来说，不能直接与系统总线相连，一般要通过锁存器或不能直接与系统总线相连，一般要通过锁存器或I/OI/O接口与微型接口与微型(wixng)(wixng)计计算机相连。常用的接口及锁存器有算机相连。常用的接口及锁存器有Intel8155Intel8155，82558255以及以及74LS27374LS273，74LS37374LS373，82128212等。等。第31页/共105页第三十二页，共105页。（3 3）启动）启动(qdng)(qdng)信号的产生信号的产生A/D转换器的启动(qdng)信号有两种：脉冲启动(qdng)信号电平启动信号脉冲启动型的A/D转换器
30、芯片，只要在启动转换输入引脚引入一个启动脉冲即可。电平启动转换的A/D转换器芯片，就是在整个转换过程中，必须保持启动引脚上加上要求的电平，否则将停止转换。因此，在这种启动方式下，启动电平必须通过锁存器保持一段时间。第32页/共105页第三十三页，共105页。（4 4）转换结束后的数据）转换结束后的数据(shj)(shj)读取处理读取处理当当A/DA/D转换器接收到转换器接收到CPUCPU发出的一个启动信号后，发出的一个启动信号后，A/DA/D转换器就开始转换，转换器就开始转换，这个转换需要一定的时间。当转换结束时，这个转换需要一定的时间。当转换结束时，A/DA/D转换器芯片内部的转换结转换器芯
31、片内部的转换结束触发器置位。同时输出一个转换结束标志信号，通知微型计算机读取束触发器置位。同时输出一个转换结束标志信号，通知微型计算机读取转换的数据转换的数据(shj)(shj)。一般来说，微型计算机可以有通过中断、查询、软件延时等三种方式来一般来说，微型计算机可以有通过中断、查询、软件延时等三种方式来联络联络A/DA/D转换器以实现对转换数据转换器以实现对转换数据(shj)(shj)的读取的读取 第33页/共105页第三十四页，共105页。（5 5）参考）参考(cnko)(cnko)电平的连接电平的连接 在在A/DA/D转换器中，参考电平的作用是供给其内部转换器中，参考电平的作用是供给其内部
32、D/AD/A转换器的标准电源。转换器的标准电源。它直接关系到它直接关系到A/DA/D转换的精度，因而对该电源的要求比较高，一般转换的精度，因而对该电源的要求比较高，一般(ybn)(ybn)要求由稳压电源供电。要求由稳压电源供电。当模拟量信号为单极性时，当模拟量信号为单极性时，VREFVREF（）（）端接模拟地，端接模拟地，VREFVREF（）端接参（）端接参考电源正端。考电源正端。当模拟量信号为双极性时，则当模拟量信号为双极性时，则VREFVREF（）端和（）端和VREFVREF（）端分别接至参（）端分别接至参考电源的正、负极性端。考电源的正、负极性端。第34页/共105页第三十五页，共105
33、页。（6 6）时钟信号）时钟信号(xnho)(xnho)的连接的连接影响影响A/DA/D转换器的转换速度的一个重要因素就是转换器的时钟信号。转换器的转换速度的一个重要因素就是转换器的时钟信号。时钟信号的频率是决定芯片转换速度的基准。时钟信号参与了整个时钟信号的频率是决定芯片转换速度的基准。时钟信号参与了整个(zhngg)A/D(zhngg)A/D转换过程转换过程 第35页/共105页第三十六页，共105页。（7 7）接地）接地(jid)(jid)问题问题在连接时，必须将模拟电源在连接时，必须将模拟电源(dinyun)(dinyun)、数字电源、数字电源(dinyun)(dinyun)分别连接，
34、分别连接，模拟地和数字地也要分别连接。然后，再把这两种模拟地和数字地也要分别连接。然后，再把这两种“地地”用一根导线连用一根导线连接起来。在整个系统中仅有一个共地点，这种做法避免了形成回路，防接起来。在整个系统中仅有一个共地点，这种做法避免了形成回路，防止数字信号通过数字地线干扰微弱的模拟信号。止数字信号通过数字地线干扰微弱的模拟信号。第36页/共105页第三十七页，共105页。第37页/共105页第三十八页，共105页。3.1.33.1.3典型典型A/DA/D转换器应用转换器应用(yngyng)(yngyng)实例实例1并行并行(bngxng)A/D转换器转换器AD1674 2串行串行A/D
35、转换器转换器TLC549【任务实施】【任务实施】案例案例4 简易简易(jiny)的温度报警器的设的温度报警器的设计计第38页/共105页第三十九页，共105页。1 1并行并行(bngxng)A/D(bngxng)A/D转换器转换器AD1674 AD1674（1）AD1674的结构及主要(zhyo)特点（2）AD1674的引脚功能(gngnng)（3）AD1674的工作时序第39页/共105页第四十页，共105页。（1 1）AD1674 AD1674的结构的结构(jigu)(jigu)及主要特点及主要特点AD1674的结构(jigu)AD1674是美国模拟器件公司AD（Analog Device
36、s）公司推出的一种完整的12位并行12位逐次逼近型快速A/D转换器。该芯片内部自带采样保持器（SHA）、10伏基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接(zhji)接口的寄存器/三态输出缓冲器。第40页/共105页第四十一页，共105页。l l带有内部采样保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/数转换器；l l采样频率为100kHz；l l转换时间为10s；l l具有1/2LSB的积分非线性（INL）以及12位无漏码的差分非线性（DNL）；l l满量程校准误差为0.125%；l l内有+10V基准电源，也可使用外部(wib)基准源；l l四种单极或双极电压输入范围分别为5V，10V，0V10V
37、和0V20V；AD1674的主要(zhyo)特点第41页/共105页第四十二页，共105页。l l数据可并行输出，采用8/12位可选微处理器总线接口(ji ku)；l l内部带有防静电保护装置（ESD），放电耐压值可达4000V；l l采用双电源供电：模拟部分为12V/15V，数字部分为+5V；l l使用温度范围：AD1674J/K为070（C级）；AD1674A/B为-4085（I级）；AD1674T为-55+125（M级）。l l功耗低，仅为385mW。AD1674的主要(zhyo)特点（续）第42页/共105页第四十三页，共105页。（2 2）AD1674AD1674的引脚功能的引脚功能
38、(gngnng)(gngnng)AD1674的引脚按功能可分为逻辑(lu j)控制端口、并行数据输出端口、模拟信号输入端口和电源端口四种类型。第43页/共105页第四十四页，共105页。逻辑逻辑(lu j)控制端口控制端口12/8：数据格式选择端。当 12/8=1时，双字节输出，即 12位数据线同时生效输出，可用于 12位或16位微型计算机系统。若 12/8=0，为单字节输出，可与 8位CPU接口连接。CS：片选信号输入端，低电平有效。A0：字节寻址/短周期转换选择输入端。在转换开始时，若 A0为低，则进行 12位数据转换；若 A0为高，则进行周期更短的 8位数据转换。在读取转换数据时，若 R
39、/C=1且12/8=0，A0为低，则在高 8位（DB11DB4）作数据输出；若 A0为高，则在 DB3DB0和DB11DB8作数据输出，而 DB4DB7置零。R/C：Pin5为读数据/启动转换信号输入端。在完全控制模式（Full-Control）下，R/C=1时为读状态，R/C=0时为启动A/D转换。在独立工作模式（Stand-Alone）下，R/C为下降沿时启动 A/D转换STS：Pin28为转换状态输出端，转换过程中为高电平输出，转换结束(jish)立即转为低电平。CE：Pin6为片允许信号输入端，高电平有效。A/D转换器是启动还是读出数据是由 CE，CS和R/C）引脚来控制的。当 CE=
40、1，CS=0，且R/C=0时，转换过程开始；而 CE=1，CS=0，而R/C=1时，数据可以被读出。第44页/共105页第四十五页，共105页。DB3DB0 DB3DB0：Pin19Pin19Pin16Pin16在在1212位输出格式中作为位输出格式中作为(zuwi)(zuwi)低低4 4位输出数据；在位输出数据；在8 8位输出格式中当位输出格式中当A0=1A0=1时这时这4 4位作为位作为(zuwi)(zuwi)低低4 4位输出数据，若位输出数据，若A0=0A0=0则这则这4 4位无效。位无效。DB7DB4 DB7DB4：Pin23Pin23Pin20Pin20在在1212位输出格式中作为位
41、输出格式中作为(zuwi)(zuwi)中间中间4 4位输出数据；在位输出数据；在8 8位输出格式中当位输出格式中当A0=0A0=0时时这这4 4位作为位作为(zuwi)(zuwi)中间中间4 4位输出数据，若位输出数据，若A0=1A0=1则这则这4 4位位均为均为0 0。DB11DB8 DB11DB8：Pin27Pin27Pin24Pin24在在1212位输出格式中作为位输出格式中作为(zuwi)(zuwi)高高4 4位输出数据；在位输出数据；在8 8位输出格式中当位输出格式中当A0=0A0=0时这时这4 4位作为位作为(zuwi)(zuwi)高高4 4位输出数据，若位输出数据，若A0=1A0
42、=1则这则这4 4位无效。位无效。并行(bngxng)数据输出端口第45页/共105页第四十六页，共105页。10VIN10VIN：Pin13Pin13为为10V10V模拟信号输入模拟信号输入(shr)(shr)端口，输端口，输入入(shr)(shr)范围为范围为0V0V10V10V单极输入单极输入(shr)(shr)或或5V5V5V5V5V5V双极输入双极输入(shr)(shr)；20VIN20VIN：Pin14Pin14为为20V20V模拟信号输入模拟信号输入(shr)(shr)端口，输端口，输入入(shr)(shr)范围为范围为0V0V20V20V单极输入单极输入(shr)(shr)或或
43、10V10V10V10V双极输入双极输入(shr)(shr)。模拟信号输入模拟信号输入(shr)端口端口应当注意(zh y)的是：10VIN和20VIN不能同时使用。第46页/共105页第四十七页，共105页。VLOGICVLOGIC：Pin1Pin1为为+5V+5V逻辑供电输入逻辑供电输入 VCCVCC：Pin7Pin7为为+12V/+15V+12V/+15V模拟供电输入模拟供电输入 VEEVEE：Pin11Pin11为为-12V/-15V-12V/-15V模拟供电输入模拟供电输入 AGNDAGND：Pin9Pin9为模拟接地为模拟接地(jid)(jid)端端DGNDDGND：Pin15Pi
44、n15为数字接地为数字接地(jid)(jid)端端 REF OUTREF OUT：Pin8Pin8为为+10V+10V基准电压输出端基准电压输出端 REF INREF IN：Pin10Pin10为参考电压输入端，该引脚接为参考电压输入端，该引脚接5050的上拉电阻到的上拉电阻到+10V+10V参考源端（即参考源端（即REF OUTREF OUT引脚）引脚）BIP OFFBIP OFF：Pin12Pin12为双极电压偏移量调整端，该端为双极电压偏移量调整端，该端在双极输入时可通过在双极输入时可通过5050电阻与电阻与REF OUTREF OUT端相连；端相连；在单极输入时接模拟地。在单极输入时接
45、模拟地。电源(dinyun)端口第47页/共105页第四十八页，共105页。AD1674AD1674模拟量的输入模拟量的输入(shr)(shr)连接方式连接方式（a）单极性输入（b）双极性输入图3.14 单极和双极输入的连接电路第48页/共105页第四十九页，共105页。AD1674AD1674输入的模拟量与转换输入的模拟量与转换(zhunhun)(zhunhun)后输出的数字后输出的数字量之间的关系式为：量之间的关系式为：特别特别(tbi)提示：提示：第49页/共105页第五十页，共105页。（3 3）AD1674AD1674的工作的工作(gngzu)(gngzu)时序时序AD1674AD1
46、674的工作模式的工作模式(msh)(msh)可分为可分为p独立(dl)（Stand-Alone）模式p全控（Full-Control）模式全控模式就是利用AD1674所有的控制信号（CE、CS、R/C、12/8、A0），以便于在单个数据总线上对多个设备进行地址译码。独立模式是指在专用输入端口可使系统有用，不要求全总线接口功能。即是CE、CS、12/8、A0这4根控制线接固定电平（CE=1、CS=0、12/8=1、A0=0），不由单片机控制，AD1674的工作过程只由R/C和STS来控制。第50页/共105页第五十一页，共105页。AD1674AD1674全控模式下的工作全控模式下的工作(gn
47、gzu)(gngzu)过程过程 第51页/共105页第五十二页，共105页。AD1674AD1674全控模式全控模式(msh)(msh)下的工作过程下的工作过程第52页/共105页第五十三页，共105页。AD1674AD1674全控模式下的工作全控模式下的工作(gngzu)(gngzu)过程过程第53页/共105页第五十四页，共105页。2 2串行串行A/DA/D转换器转换器TLC549TLC549（1 1）TLC549TLC549芯片简介芯片简介(jin ji)(jin ji)（2 2）TLC549TLC549芯片的内部结构及引脚功能芯片的内部结构及引脚功能（3 3）TLC549TLC549
48、芯片的工作原理芯片的工作原理第54页/共105页第五十五页，共105页。（1 1）TLC549TLC549芯片芯片(xn pin)(xn pin)简介简介 TLC549 TLC549是德州仪器公司（是德州仪器公司（TITI）推出的单路模拟输）推出的单路模拟输入的入的8 8位串行位串行A/DA/D转换器。该芯片通过转换器。该芯片通过SCLKSCLK、SDOSDO三根信号线能方便地采用三线串行接口方式三根信号线能方便地采用三线串行接口方式(fngsh)(fngsh)与各种微处理器连接，构成各种廉价的与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。测控应用系统。CS第55页/共105页第五十六页，共
49、105页。TLC549TLC549的主要的主要(zhyo)(zhyo)特性有：特性有：采用采用CMOSCMOS技术技术(jsh)(jsh)，输出完全兼容，输出完全兼容TTLTTL和和CMOSCMOS电路电路供电电源范围：供电电源范围：3 36V6V8 8位位A/DA/D转换结果转换结果转换时间：最大转换时间：最大17us17us输入输出时钟：小于输入输出时钟：小于1.1MHz1.1MHz低功耗：最大低功耗：最大15Mw15Mw工作温度范围：工作温度范围：0070;-4070;-408585第56页/共105页第五十七页，共105页。（2 2）TLC549TLC549芯片芯片(xn pin)(x
50、n pin)的内部结构及引脚功能的内部结构及引脚功能图图3.16 TLC549的内部结构框图的内部结构框图(kungt)REF+：正基准电压输入：正基准电压输入(shr)2.5VREF+Vcc+0.1。REF-：负基准电压输入：负基准电压输入(shr)端，端，-0.1VREF-2.5V。且要求：（且要求：（REF+）（）（REF-）1V。AIN：模拟信号输入端，：模拟信号输入端，0Vcc，芯片选择输入端，要求输入高电平芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN2V，输入低电平输入低电平VIN0.8V。SCLK：外接输入：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出