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1、数字化医疗仪器数字化医疗仪器第二章第二章 医学信号医学信号数据采集系统设计数据采集系统设计第一章第一章 医学信号数据采集系统学习要点医学信号数据采集系统学习要点v一、能力培养要点一、能力培养要点v1、模拟量输入通道的结构与调试能力。、模拟量输入通道的结构与调试能力。v2、模拟量输出通道的结构与调试能力。、模拟量输出通道的结构与调试能力。v3、数字化医疗仪器医学信号数据采集系统（基于单、数字化医疗仪器医学信号数据采集系统（基于单片机和片机和PC机）软硬件的构成与调试能力。机）软硬件的构成与调试能力。二、主要习题二、主要习题v1、A/D转换器的类型、质量评价水平的技术指标转换器的类型、质量评价水平
2、的技术指标和特点是什么？和特点是什么？v2、ADC0809与与8031单片机的接口电路与数据采单片机的接口电路与数据采集过程？集过程？v3、12位位AD574与与8031单片机的接口电路特点？单片机的接口电路特点？v4、积分式、积分式MC14433A/D转换器与转换器与8031单片机接单片机接口工作原理？口工作原理？v5、并行比较式高速、并行比较式高速ADC结构有何特点？结构有何特点？v6、D/A转换器主要技术参数是什么？转换器主要技术参数是什么？二、主要习题二、主要习题v7、DAC0832与与8031单片机单、双缓冲接口电路工单片机单、双缓冲接口电路工作原理？作原理？v8、DAC0832与与
3、8031的输出接口电路应用方式？的输出接口电路应用方式？v9、数据采集系统的基本组成和结构工作原理？、数据采集系统的基本组成和结构工作原理？v10、采样定理的基本内容是什么？数据采集系统中、采样定理的基本内容是什么？数据采集系统中为何要使用采样保持器？为何要使用采样保持器？v11、简述基于单片机的数据采集系统的工作原理。、简述基于单片机的数据采集系统的工作原理。v12、简述基于、简述基于PC机的数据采集系统的工作原理。机的数据采集系统的工作原理。本章内容本章内容n模拟量输入通道模拟量输入通道n模拟量输出通道模拟量输出通道n医学信号数据采集系统计医学信号数据采集系统计数据采集系统是医学信号数字化
4、的基础数据采集系统是医学信号数字化的基础v人体人体的各种的各种物理量物理量，如生物电位、心音、体温、，如生物电位、心音、体温、血压、血流、肌电、脑电、神经传导速度等，血压、血流、肌电、脑电、神经传导速度等，采用各种传感器将其变成采用各种传感器将其变成电信号电信号，经由诸如放，经由诸如放大、滤波、干扰抑制、多路转换等信号检测及大、滤波、干扰抑制、多路转换等信号检测及预处理电路，将预处理电路，将模拟量模拟量的电压或电流送的电压或电流送模模/数数转换器（转换器（A/DA/D），变成适合于微处理机使用的，变成适合于微处理机使用的数字量数字量供系统处理。供系统处理。v同样，微处理器处理后的同样，微处理器
5、处理后的数据数据往往又需要使用往往又需要使用数数/模转换器（模转换器（D/AD/A）及适应的接口将其变换成及适应的接口将其变换成模拟量模拟量送出，如图送出，如图2-1所示。所示。模拟量输入模拟量输入/输出通道示意输出通道示意A/D转换器及其接口统称为转换器及其接口统称为模拟量输入通道模拟量输入通道；D/A转换器及相应接口称为转换器及相应接口称为模拟量输出通道模拟量输出通道。2.1模拟量输入通道模拟量输入通道2.1.1A/D转换器概述转换器概述v一概述一概述vA/DA/D转转换换器器是是将将模模拟拟量量转转换换为为数数字字量量的的器器件件，这这个个模模拟拟量量泛泛指指电电压压、电电流流、时时间间
6、等等参参量量,但但通常情况下，通常情况下，模拟量是指电压参量模拟量是指电压参量。v在在A/DA/D转转换换的的过过程程中中通通常常要要完完成成采采样样、量量化化和和编码编码三个步骤。三个步骤。A/D转换的过程采样采样量化量化编码编码A/DA/D转换的过程转换的过程1采样采样v待待采采样样的的模模拟拟信信号号是是连连续续的的，可可看看成成无无限限多多个个瞬瞬时时值值组组成成，而而A/DA/D转转换换以以及及计计算算机机处处理理需需要要一一定定的的时时间间，不不可可能能把把每每一一个个瞬瞬时时值值都都转转换换成成数数字字量量，必必须须在在连连续续变变化化的的模模拟拟量量上上按按周周期期取取样样的的
7、规规律律取取出出某某一一些些瞬瞬时时值值来来代代表表这这个个模模拟拟量量，这个过程就是采样。这个过程就是采样。fs（t)S（t)采样器输入输出波形采样器输入输出波形S（t)fs（t)v采样是通过采样保持电路实现的，采样是通过采样保持电路实现的，采样器（电子模拟开关）在控制脉采样器（电子模拟开关）在控制脉冲冲s(t)s(t)的控制下，的控制下，周期性地把随时周期性地把随时间连续变化的模拟信号间连续变化的模拟信号f(t)f(t)转变为转变为时间上的离散的模拟信号时间上的离散的模拟信号fs(t)fs(t)。输出信号能否如实反映原始输入信号？输出信号能否如实反映原始输入信号？v采采样样得得到到的的信信
8、号号f fs s(t)(t)的的值值和和原原始始输输入入信信号号f(t)f(t)在在相相应应的的瞬瞬时时值值相相同同，因因此此采采样样后后的的信信号号在在量量值上仍然是连续的。值上仍然是连续的。v可可以以证证明明：当当采采样样器器的的采采样样频频率率f fS S高高于于或或至至少少等等于于输输入入信信号号最最高高频频率率f fm m的的两两倍倍时时（即即f fS S 2f2fm m时时），采采样样输输出出信信号号f fs s(t)(t)（采采样样器器脉脉冲冲序序列列）能能代代表表或或恢恢复复成成输输入入模模拟拟信信号号f(t)f(t)，这这就就是是采样定理采样定理。如何知道输入信号如何知道输入
9、信号f(t)的频率，的频率，特别是它的最高频率特别是它的最高频率fm？v信信号号“最最高高频频率率”指指的的是是输输入入信信号号经经频频谱谱分分析析后后得得到到的的最最高高频频率率分分量量。“恢恢复复”指指的的是是样样品品序序列列f fS S(t)(t)通通过过截截止止频频率率为为f fm m的的理理想想低低通通滤滤波波器器后，能得到的原始信号后，能得到的原始信号f(t)f(t)。v在在应应用用中中，一一般般取取采采样样频频率率f fS S为为最最高高频频率率f fm m 的的4 48 8倍倍。v简简单单模模拟拟信信号号的的频频谱谱范范围围是是已已知知的的，如如温温度度低低于于1 1HzHz，
10、声声音音为为2020HzHz20000Hz20000Hz。复复杂杂信信号号要要用用傅傅立立叶叶变变换换算算出出，或或用用频频谱谱分分析析仪仪测测得得，也也可可用试验的方法选取最合适的用试验的方法选取最合适的f fS S 。2.量化量化v所谓量化，就是以一定的量化单位把数值上连续所谓量化，就是以一定的量化单位把数值上连续的的模拟量模拟量转变为数值上转变为数值上离散的阶跃量离散的阶跃量的过程。的过程。v量化相当于只取近似整数商的除法运算。量化相当于只取近似整数商的除法运算。v量量化化单单位位用用q q表表示示，对对于于模模拟拟量量小小于于一一个个q q的的部部分分，可可以以用用舍舍掉掉的的方方法法
11、使使之之整整量量化化，通通常常为为了了减减少少误误差差采采用用“四四舍舍五五入入”的的方方法法使使之之整整量量化化。这这种种量量化化方方法法的的输输入入输输出出特特性性如如图图2-32-3所所示示，图图中中虚虚线线表示量化单位为表示量化单位为0 0时的特性，实线表示实际特性。时的特性，实线表示实际特性。q/2X(t)5q4q3q2qq0Y(t)q2q 3q 4q 5qX(t)Y(t)量化装置量化装置（a）+q/2q/2X(t)（b）（c）量化过程舍入误量化过程舍入误差为量化误差。以差为量化误差。以=x(t)-y(t)表示量表示量化误差，量化误差化误差，量化误差有正有负（图有正有负（图2-3(c
12、)）,最大为最大为q/2，平均误差为平均误差为0。最大误差随量。最大误差随量化单位而改变，化单位而改变，q愈小愈小也愈小。也愈小。v量量化化单单位位用用q表表示示，对对于于模模拟拟量量小小于于一一个个q的的部部分分，可可以以用用舍舍掉掉的的方方法法使使之之整整量量化化，通通常常为为了了减减少少误误差差采采用用“四四舍舍五五入入”的的方方法法使使之之整整量量化化。这这种种量量化化方方法法的的输输入入输输出出特特性性如如图图所所示示，图图中中虚虚线线表示量化单位为表示量化单位为0时的特性，实线表示实际特性。时的特性，实线表示实际特性。3 3编码编码v编编码码往往往往涉涉及及到到A/DA/D转转换换
13、的的具具体体应应用用，若若考考虑虑为为双双极极性性信信号号，可可采采用用补补码码方方式式；若若强强化化二二进制数据的可靠性，可采用格雷码。进制数据的可靠性，可采用格雷码。二二A/D转换器的技术指标转换器的技术指标1 1分辨率分辨率vA/DA/D转转换换器器的的分分辨辨率率指指转转换换器器能能分分辨辨最最小小的的量量化信号的能力化信号的能力。vA/DA/D转转换换器器的的分分辨辨率率取取决决于于A/DA/D转转换换器器的的位位数数，所所以以习习惯惯上上以以输输出出二二进进制制数数或或BCDBCD码码数数的的位位数数来来表示表示。v如如ADC0809ADC0809的的分分辨辨率率为为8 8位位，即
14、即表表示示该该转转换换器器可可以以用用2 28 8个个二二进进制制数数对对输输入入模模拟拟量量进进行行量量化化，其其分分辨辨率率为为1 1LSBLSB（最最低低有有效效位位值值），若若最最大大允允许许输输入入电电压压为为1010V V，则则可可计计算算出出它它能能分分辨辨输输入模拟电压的最小变化量入模拟电压的最小变化量1 1LSB=39.06mVLSB=39.06mV。2.2.转换精度转换精度v转转换换精精度度反反映映实实际际A/DA/D转转换换器器与与理理想想A/DA/D转转换换器器量量化值上的差。用绝对或相对误差来表示化值上的差。用绝对或相对误差来表示v（1 1）绝对精度）绝对精度 指指的
15、的是是在在A/DA/D输输出出端端产产生生给给定定的的数数字字代代码码，实实际际需需要要的的模模拟拟输输入入值值与与理理论论上上要要求求的的模模拟拟输输入入值之差值之差（中间模拟值）。（中间模拟值）。v（2 2）相对精度）相对精度 指指的的是是A/DA/D满满度度值值校校准准以以后后，任任一一数数字字输输出出所所对对应应的的实实际际模模拟拟输输入入值值（中中间间值值）与与理理论论值值（中间值）（中间值）之差之差。3 3转换速率转换速率 转转换换速速率率是是指指A/DA/D转转换换器器在在每每秒秒钟钟内内所所能能完完成成的的转转换换次次数数。这这个个指指标标也也可可以以表表述述为为转转换换时时间
16、间，即即A/DA/D转转换换从从启启动动到到结结束束所所需需的的时时间间，两两者者互互为为倒倒数数。例例如如，某某A/DA/D转转换换器器的的转转换换速速率为率为5 5KHzKHz，则其转换时间是则其转换时间是200200 s s。例题例题v某信号采集系统要求用一片某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯转换集成芯片在片在1s（秒）内对（秒）内对16个热电偶的输出电压分个热电偶的输出电压分时进行时进行A/D转换。已知热电偶输出电压范围为转换。已知热电偶输出电压范围为00.025V（对应于（对应于0450oC温度范围），温度范围），需要分辨的温度为需要分辨的温度为0.1oC，试问应选择多少位，试
17、问应选择多少位的的A/D转换器，其转换器，其转换时间转换时间是多少是多少?v解：对于解：对于0450oC温度范围，信号电压为温度范围，信号电压为00.025V，分辨温度为，分辨温度为0.1oC，这相当于，这相当于1/4500的的分辨率分辨率。12位位A/D转换器的转换器的分辨率分辨率为为1/4096，所以必须选用，所以必须选用13位的位的A/D转换器。转换器。v系统的取样速率为每秒系统的取样速率为每秒16次，取样时间次，取样时间为为62.5ms。对于这样慢速的取样，任何一个。对于这样慢速的取样，任何一个A/D转换器都可达到。可选用带有取样转换器都可达到。可选用带有取样-保持保持（S/H）的逐次
18、比较）的逐次比较A/D转换器或不带转换器或不带S/H的的双积分式双积分式A/D转换器均可。转换器均可。4.4.满刻度范围满刻度范围 满满刻刻度度范范围围是是指指A/DA/D所所允允许许输输入入电电压压范范围围。如如（0 05 5）V V，（，（0 01010）V V，（，（-5-5+5+5）V V等。等。满满刻刻度度只只是是个个名名义义值值，实实际际的的A/DA/D转转换换器器的的最最大大输输入入值值总总比比满满刻刻度度小小1/21/2n n（n n为为转转换换器器的的位位数数）。这是因为这是因为0 0值也是值也是2 2n n个转换器状态中的一个。个转换器状态中的一个。例例如如1212位位的的
19、A/DA/D转转换换器器，其其满满刻刻度度值值为为1010V V，而实际允许的最大输入电压值为而实际允许的最大输入电压值为:1010V*2V*212-112-1/2/21212=9.9976V=9.9976VA/DA/D转换器的种类转换器的种类常用的有逐次逼近式、积分式、并行式等三类。常用的有逐次逼近式、积分式、并行式等三类。v逐逐次次逼逼近近式式A/DA/D转转换换器器的的转转换换时时间间与与转转换换精精度度比比较较适适中中，转转换换时时间间一一般般在在1 1100100 s s之之间间，转转换换精度一般在精度一般在0.1%0.1%上下，适用于一般场合。上下，适用于一般场合。v积积分分式式A
20、/DA/D转转换换器器速速度度较较慢慢，其其转转换换时时间间一一般般在在msms级级。适适用用于于要要求求精精度度高高，但但转转换换速速度度较较慢慢的的仪器中使用。仪器中使用。v并并行行式式又又称称闪闪烁烁式式，采采用用并并行行比比较较，因因而而转转换换速速率率可可以以达达到到很很高高，其其转转换换时时间间可可达达nsns级级，可可用于医学图象处理等转换速度较快的仪器中。用于医学图象处理等转换速度较快的仪器中。2.1.22.1.2逐次逼近式逐次逼近式ADCADC 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D原理概述原理概述vN N位位的的逐逐次次逼逼近近式式A/DA/D转转换换器器（见见下下页页图图），由
21、由N N位位寄寄存存器器、N N位位D/AD/A转转换换器器、比比较较器器、逻逻辑辑控制电路、输出缓冲器等五部分组成。控制电路、输出缓冲器等五部分组成。v工工作作原原理理：启启动动信信号号作作用用后后，时时钟钟信信号号先先通通过过逻逻辑辑控控制制电电路路使使N N位位寄寄存存器器的的最最高高位位D DN-1N-1为为1 1，以以下下各各位位为为0 0，这这个个二二进进制制代代码码经经D/AD/A转转换换器器转转换换成成电电压压U U0 0（此此时时为为全全量量程程电电压压的的一一半半）送送到到比比较较器器与与输输入入模模拟拟电电压压U UX X比比较较。若若U UX XUU0 0，则则保留这一
22、位；若保留这一位；若U UX XUU0 0，则则D DN-1N-1 位置位置0 0。比较器比较器时钟时钟启动启动EOCOEUxUoURDoDN-1A/D转换器实际转换过程已不重要转换器实际转换过程已不重要v目前，逐次逼近式目前，逐次逼近式A/DA/D转换器大都做成单片集成转换器大都做成单片集成电路的形式，因而电路的形式，因而A/DA/D转换器的实际转换过程已转换器的实际转换过程已不是非常重要。使用时只需发出不是非常重要。使用时只需发出A/DA/D转换启动信转换启动信号，然后在号，然后在EOCEOC端查知端查知A/DA/D转换过程结束后，取出转换过程结束后，取出数据即可。数据即可。v这类芯片有这
23、类芯片有ADC0809ADC0809、ADC1210ADC1210、ADC7574ADC7574、AD574AD574、TLC549TLC549、MAX1241MAX1241等是应用得最多的等是应用得最多的A/DA/D转换器类转换器类型。型。ADC0809芯片及其接口芯片及其接口vADC0809ADC0809是是8 8路路8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D转换器。它能转换器。它能分时地对分时地对8 8路模拟量信号进行路模拟量信号进行A/DA/D转换，结果为转换，结果为8 8位二进制数据，结构如图位二进制数据，结构如图2-52-5所示，它由三大部所示，它由三大部分组成：分组成：v第一部分
24、是第一部分是:8:8路输入路输入模拟量选择电路模拟量选择电路；v第二部分是第二部分是:一个一个逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器转换器；v第三部分是第三部分是:三态输出缓冲锁存器三态输出缓冲锁存器。ADC0809主要特性主要特性v主要特性主要特性1 1）8 8路路8 8位位A AD D转换器，即分辨率转换器，即分辨率8 8位。位。2 2）具有转换起停控制端。）具有转换起停控制端。3 3）转换时间为）转换时间为100s100s4 4）单个）单个5V5V电源供电电源供电 5 5）模拟输入电压范围）模拟输入电压范围0 05V5V，不需零点和满，不需零点和满刻度校准。刻度校准。6 6）工作温度范围
25、为）工作温度范围为-40-408585摄氏度摄氏度 7 7）低功耗，约）低功耗，约15mW15mW。ADC0809引脚功能引脚功能vALEALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。vSTARTSTART：A AD D转换启动信号，输入，高电平有效。转换启动信号，输入，高电平有效。vEOCEOC：A AD D转换结束信号，输出，当转换结束信号，输出，当A AD D转换结束时，转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。vOEOE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当：数据输出允许信号，输入，高电平有
26、效。当A AD D转转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。输出数字量。vCLKCLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ640KHZ。vREFREF（+）、）、REFREF（-）：基准电压。）：基准电压。vVccVcc：电源，单一：电源，单一5V5V。vGNDGND：地。：地。图图2-5ADC0809原理结构图原理结构图ADC0809原理结构图原理结构图8路输入模拟量选择电路路输入模拟量选择电路v8路路输输入入模模拟拟量量选选择择电电路路：8路路输输入入模模拟拟量量信信号
27、号分分别别接接到到IN0到到IN7端端，究究竟竟选选通通哪哪一一路路去去进进行行A/D转转换换由由地地址址锁锁存存器器与与译译码码器器电电路路控控制制，见表见表2-1所示。所示。vA，B，C为为输输入入地地址址选选择择线线，地地址址信信息息由由ALE的的上上升升沿打入地址锁存器。沿打入地址锁存器。ALEALEC B AC B A接通信号接通信号111111110000001010011100101110111 IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7均不通均不通表表2-1ADC0809真值表真值表ADC0809工作过程工作过程v首先输入首先输入3位地址，并使位地址，并使ALE=1，将地
28、址存入地，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一路模拟输入之一到比较器。到比较器。vSTART上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动动AD转换，之后转换，之后EOC输出信号变低，指示转输出信号变低，指示转换正在进行。直到换正在进行。直到AD转换完成，转换完成，EOC变为高电变为高电平，指示平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。这个信号可用作中断申请。v当当OE输入高电平输入高电平时，输出三态门打开，转换结时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总
29、线上。果的数字量输出到数据总线上。逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器工作原理转换器工作原理v逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器的工作原理可用天平秤转换器的工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重1515克，每个重量分别为克，每个重量分别为8 8、4 4、2 2、1 1克。设待秤克。设待秤重量重量Wx=13Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：顺序顺序砝码重砝码重比较判断比较判断暂时结果暂时结果1 18g8g8g13g8g13g保留保留 8g8g2 28+4g8+4g12g13g12g13g14g13g撤消撤消12g12
30、g4 48+4+1g8+4+1g13g=13g13g=13g保留保留13g13gA/D转换流程框图转换流程框图逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器vSTARTSTART为为启启动动信信号号，要要求求输输入入正正脉脉冲冲信信号号，在在上上升升沿沿复复位位内内部部逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器，在在下下降降沿沿启启动动A/DA/D转转换换。EOCEOC为为转转换换结结束束标标志志位位，“0 0”表表示示正正在转换，在转换，“1 1”表示一次表示一次A/DA/D转换的结束。转换的结束。vCLOCKCLOCK为为外外部部时时钟钟输输入入信信号号，时时钟钟频频率率决决定定了了A/DA/D转转换换器器的的
31、转转换换速速率率，ADC0809ADC0809每每一一通通道道的的转转换换约约需需（66667373）个个时时钟钟周周期期，当当时时钟钟频频率率取取640640KHzKHz时时，转转换换一一次次约约需需100100 s s时时间间，这这是是ADC0809ADC0809所能允许的最短转换时间。所能允许的最短转换时间。三态输出缓冲锁存器三态输出缓冲锁存器vA/DA/D转转换换的的结结果果就就是是由由EOCEOC信信号号打打入入三三态态输输出出缓缓冲锁存器。冲锁存器。vOEOE为为输输出出允允许许信信号号，当当向向OEOE端端输输入入一一个个高高电电平平时时，三三态态门门电电路路被被选选通通，这这时
32、时便便可可读读取取结结果果。否则缓冲锁存器输出为高阻态。否则缓冲锁存器输出为高阻态。ADC0809的时序图的时序图vADC0809ADC0809的的 时时 序序 图图 如如 图图 2-62-6所所 示示。在在 启启 动动ADC0809ADC0809后后，EOCEOC约约在在1010 s s后后才才变变为为低低电电平平，因因而而在在用用STARTSTART启启动动08090809转转换换器器后后，不不能能立立即即通通过过检检测测EOCEOC来来判判断断转转换换是是否否结结束束，而而应应等等待待约约1010 s s再再检检测测，否否则则会会出出现现错错误误结结果果。编编程程时必须注意到这一点。时必
33、须注意到这一点。稳定稳定时钟ALE地址INxSTARTEOCOE输出ADC0809时序时序图图稳定稳定ADC0809与单片机与单片机8031接口电路接口电路vADC0809ADC0809输输出出带带有有三三态态输输出出缓缓冲冲锁锁存存器器，因因而而不不加加I/OI/O接接口口芯芯片片，可可以以直直接接接接到到微微机机系系统统的的总总线线上。上。vADC0809ADC0809的的时时钟钟信信号号（CLOCKCLOCK）由由80318031的的ALEALE端端的的输输出出脉脉冲冲（其其频频率率为为80318031时时钟钟频频率率的的1/61/6）经经二二分分频频得得到到，80318031由由地地址
34、址线线P P2.02.0和和读读写写控控制制线线启启动动ADC0809ADC0809的的STARTSTART、地地址址锁锁存存ALEALE和和输输出出允允许许OEOE信信号号。A/DA/D转转换换结结束束信信号号EOCEOC反反相相后后连连至至80318031的的INT1INT1（P P3.33.3）。模模拟拟输输入入通通道道地地址址的的译译码码输输入入信信号号A A，B B，C C由由P P0.00.0P P0.20.2提提供供。根根据据以以上上连连接接，08090809的地址的地址为为FEFFHFEFFH。74LS373CDQQ1111+5IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A
35、LEP0INTRDP2.0WRAB07ABCD0EOCOEALESTARTVCCR+R-.单周期指令的时序单周期指令的时序A/D转换常用的软件控制方式转换常用的软件控制方式v常常用用的的控控制制方方式式主主要要有有：程程序序查查询询方方式式、延延时时等待方式和中断方式。等待方式和中断方式。v1 1程序查询方式程序查询方式v微微处处理理器器向向A/DA/D转转换换器器发发出出启启动动信信号号后后，读读入入转转换换结结束束信信号号，查查询询转转换换是是否否结结束束；若若转转换换结结束束，可可以以读读入入数数据据；否否则则再再继继续续查查询询，直直至至转换结束再读入数据。转换结束再读入数据。v这这种
36、种方方法法微微机机“查查询询”消消耗耗许许多多时时间间，因因而而效效率率低低，但但比比较较简简单单，可可靠靠性性高高。实实际际应应用用还还是比较普遍的。是比较普遍的。A/D转换常用的软件控制方式转换常用的软件控制方式v2 2延时等待方式延时等待方式v启动启动A/DA/D后，根据后，根据A/DA/D转换所需的时间（如转换所需的时间（如ADC0809ADC0809为为100100 s s）软件延时等待软件延时等待，延时结束，延时结束，读入数据。这种方法可靠性高，不占查询端口。读入数据。这种方法可靠性高，不占查询端口。v3 3中断方式中断方式v在中断方式中，微处理器在中断方式中，微处理器启动启动A/
37、DA/D转换后转换后可转去处理其他事情，可转去处理其他事情，A/DA/D转换结束便向微处转换结束便向微处理器发出中断申请信号，微处理器响应理器发出中断申请信号，微处理器响应中断后中断后再来再来读入数据读入数据。微处理器与。微处理器与A/DA/D转换器并行工转换器并行工作，提高了工作效率。作，提高了工作效率。ADC0809与单片机与单片机8031接口实例接口实例v以下结合图以下结合图2-72-7所示的所示的ADC0809ADC0809与单片机与单片机80318031接接口电路，给出查询、延时和中断这三种方式下口电路，给出查询、延时和中断这三种方式下的转换程序。的转换程序。v转换程序的功能是将由转
38、换程序的功能是将由ININ0 0端输入的端输入的0 05V5V模拟模拟信号转换为对应的数字量信号转换为对应的数字量00H00HFFHFFH，然后再，然后再存存入入80318031内部内部RAMRAM的的30H30H单元中。单元中。a.查询方式查询方式vMOVDPTR,#0FEFFHvMOVA,#00H;赋通道赋通道0地址地址vMOVXDPTR,A;启动启动IN0转换转换vMOVR2,#20HvDLY:DJNZR2,DLY;延时延时,等待等待EOC变低变低vWAIT:JBP3.3,WAIT;查询查询,等待等待EOC变高变高vMOVXA,DPTRvMOV30H,A;结果存结果存30Hb.延时等待方
39、式延时等待方式vMOVDPTR,#0FEFFHvMOVA,#00H;赋通道赋通道0地址地址vMOVXDPTR,A;启动启动IN0转换转换vMOVR2,#40HvWAIT:DJNZR2,DLY;延时约延时约120uSvMOVXA,DPTRvMOV30H,A;结果存结果存30Hc.中断方式中断方式v主程序：主程序：vMAIN:SETB IT1；选选INT1为边沿触发为边沿触发vSETB EX1；允许允许INT1中断中断vSETB EA；打开中断打开中断vMOV DPTR,#0FEFFHvMOV A,#00HvMOVXDPTR,A；启动启动A/D转换转换v；执行其他任务执行其他任务中断服务程序中断服
40、务程序INT1:PUSHDPL；保护现场保护现场PUSHDPHPUSHAMOVDPTR,#0FEFFHMOVXA,DPTR；读转换结果读转换结果MOV30H,A；结果存结果存30H30HMOVA,00HMOVXDPTR,A；启动下一次转换；启动下一次转换POP APOPDPHPOPDPL；返回现场返回现场RETI；返回返回P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEWRP2.7RDINTO+5VGNDD0D1D2D3D4D5D6D7ADDAADDBADDCCLKALESTARTOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7VREF+VREF-ADC0809
41、8051分分频频器器ADC0809与与MCS-51单片机的接口单片机的接口1硬件连接硬件连接汇编语言编程：汇编语言编程：ORG 0003HORG 0003HLJMP INT0LJMP INT0ORG 0100H ORG 0100H ；主程序；主程序MOV R0MOV R0，#30H#30H ；设立数据存储区指针；设立数据存储区指针MOV R2MOV R2，#08H#08H ；设置；设置8 8路采样计数值路采样计数值SETB IT0 SETB IT0 ；设置外部中断；设置外部中断0 0为边沿触发方式为边沿触发方式 SETB EA SETB EA ；CPUCPU开放中断开放中断SETB EX0 S
42、ETB EX0 ；允许外部中断；允许外部中断0 0中断中断MOV DPTRMOV DPTR，#0000H#0000H ；送入口地址并指向；送入口地址并指向IN0IN0LOOPLOOP：MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；启动；启动A/DA/D转换，转换，A A的值无意义的值无意义HEREHERE：SJMP HERE SJMP HERE ；等待中断；等待中断2软件编程软件编程设接口电路用于一个设接口电路用于一个8 8路模拟量输入的巡回检测系统，使用中路模拟量输入的巡回检测系统，使用中断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内断方式采样数据，把采样转换所得的数字量按序存于片内R
43、AMRAM的的30H37H30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。单元中。采样完一遍后停止采集。ORG 0200H ORG 0200H ；中断服务程序；中断服务程序INT0INT0：MOVX AMOVX A，DPTR DPTR ；读取转换后的数字量；读取转换后的数字量MOV R0MOV R0，A A ；存入片内；存入片内RAMRAM单元单元INC DPTR INC DPTR ；指向下一模拟通道；指向下一模拟通道INC R0 INC R0 ；指向下一个数据存储单元；指向下一个数据存储单元DJNZ R2DJNZ R2，NEXT NEXT ；8 8路未转换完，则继续路未转换完，则继续CLR EA
44、CLR EA ；已转换完，则关中断；已转换完，则关中断CLR EX0 CLR EX0 ；禁止外部中断；禁止外部中断0 0中断中断RETI RETI ；中断返回；中断返回NEXTNEXT：MOVX DPTRMOVX DPTR，A A ；再次启动；再次启动A/DA/D转换转换RETI RETI ；中断返回；中断返回C语言编程：语言编程：#include#include#include /#include /定义绝对地址访问定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0 x0000 /#
45、define IN0 XBYTE0 x0000 /定义定义IN0IN0为通道为通道0 0的地址的地址static uchar data x8;/static uchar data x8;/定义定义8 8个单元的数组，存放结果个单元的数组，存放结果uchar xdata *ad_adr;/uchar xdata *ad_adr;/定义指向通道的指针定义指向通道的指针uchar i=0;uchar i=0;void main(void)void main(void)IT0=1;/IT0=1;/初始化初始化EX0=1;EX0=1;EA=1;EA=1;i=0;i=0;ad_adr=&IN0;/ad_a
46、dr=&IN0;/指针指向通道指针指向通道0 0*ad_adr=i;/*ad_adr=i;/启动通道启动通道0 0转换转换for (;);/for (;);/等待中断等待中断 void int_adc(void)interrupt 0 /void int_adc(void)interrupt 0 /中断函数中断函数 xi=*ad_adr;/xi=*ad_adr;/接收当前通道转换结果接收当前通道转换结果i+;i+;ad_adr+;/ad_adr+;/指向下一个通道指向下一个通道if(i8)if(i8)*ad_adr=i;/8*ad_adr=i;/8个通道未转换完，启动下一个通道返回个通道未转换
47、完，启动下一个通道返回 elseelse EA=0;EX0=0;/8EA=0;EX0=0;/8个通道转换完，关中断返回个通道转换完，关中断返回 AD574芯片及其接口芯片及其接口vAD574AD574是是1212位位快速逐次逼近型快速逐次逼近型A/DA/D转换器，其最转换器，其最快转换时间为快转换时间为2525 s s，转换误差为，转换误差为 1LSB1LSB。vAD574AD574具有下述几个具有下述几个基本特点：基本特点：v片内含有电压基准和时钟电路等，因而外围电片内含有电压基准和时钟电路等，因而外围电路较少；路较少；v数字量输出具有三态缓冲器，因而可直接与微数字量输出具有三态缓冲器，因而
48、可直接与微处理器接口；处理器接口；v模拟量输入有单极性和双极性两种方式，接成模拟量输入有单极性和双极性两种方式，接成单极性方式时，输入电压范围为单极性方式时，输入电压范围为0 010V10V或或0 020V20V，接成双极性方式时，输入电压范围为，接成双极性方式时，输入电压范围为-5V-5V5V,-10V5V,-10V10V10V。图图2-8AD574原理与引脚图原理与引脚图AD574原理与主要引脚信号定义原理与主要引脚信号定义vCS：片选，低有效；：片选，低有效；CE：片允许，高有效；：片允许，高有效；RC：读变换，高为读：读变换，高为读AD变换结果，低变换结果，低为启动为启动AD变换；变换
49、；128：数据格式，高为：数据格式，高为12位并行输出，低为位并行输出，低为8位位(或或4位位)并行输出本设计令其接地；并行输出本设计令其接地；A0：字节地址短周期，高为：字节地址短周期，高为8位变换输出低位变换输出低4位，低为位，低为12位变换输出高位变换输出高8位；位；STS：变换状态，高为正在变换，低为变换结：变换状态，高为正在变换，低为变换结束；束；vREFIN：基准输入；：基准输入；vREFOUT：基准输出；：基准输出；vBIPOFF：双极性方式时，偏置电压输入端；：双极性方式时，偏置电压输入端；vDBIIDB0：12位数据总线；位数据总线；v10VIN：单极性：单极性010V模拟量
50、输入；模拟量输入；v双极性双极性05V模拟量输入。模拟量输入。v20VIN：单极性：单极性020V模拟量输入；模拟量输入；v双极性双极性010V模拟量输入。模拟量输入。vAG：模拟地。模拟地。表表2-2AD574的操作的操作表表2-2AD574的操作的操作AD574与与8031单片机的接口电路单片机的接口电路v8031单片机与单片机与AD574的各引脚的接口电路可的各引脚的接口电路可按下页图按下页图29的电路来安排。的电路来安排。v由于由于8031的高的高8位地址位地址P2.0P2.7没有使用，故没有使用，故可采用可采用寄存器间接寻址方式寄存器间接寻址方式。v其中其中启动启动A/D的的地址地址