1、 模数转换 一、A/D变换器原理 进行A/D变换的原理方法较多，较为流行的有三种, 即直接比较法，积分法和逐次近似法。 、直接比较法 原理框图如图示。 这种变换器的速度很快,有并行ADC之称。变换速度可 达20ns,但其分辨率难以提高，因要达到较高的分辨 率，则变换器的成本将按指数上升。,原理电路的分辨率为2位 由电路分析可知，当Uin=0.6Vref时，U01=0,U02=1, U03=1，其对应的数字信号为10B。,、积分法 原理框图如图示：,、采样阶段 当t=0时，开关K将U1n接至 积分器，由于 所以计数器开始计数。 当t=T1时，Fn=“1”态， 使开关K动作，它将 REF接至积分器
2、， 采样阶段结束，此时： T1 2n*Tc 01=- U1N =- U1N ,、比较阶段 当t=T1时，开关K将-Uref接至积分器,U01由负值往 正方向回升。 当t=T2时，01=0与门关闭，停止计数。 2nTcVIN Uref 1： (T2-T1)0 2：T2-T1=NTc N = 2n UinUref (设K=2n Uref) = KUin _ 所以，计数器的计数值N与Uin成正比，此N即为Uin对应的数字量，这种A/D变换器易达到较高的分辨率,具有较高的抗干扰能力，但变换速度较慢。,、逐次近似法 原理框图如图示：(U1nUfU0=1；U1nUfU0=0),节拍脉冲波形图如图示： CP
3、1： CP2： CP3： CP4： ,逐次逼近式A/D变换器的控制逻辑实现类似于对分搜 索的控制,过程如下： D/A 比较器 使SAR最高位Dn-1=1Uf1 Uin Uf保留 Dn-1位“1”态； UinUf,使Dn-1 位0位 D/A 比较器 使Dn-2=1Uf2 UinUf2保留Dn-2位 “1”态； UinUf2,使 Dn-2位0位 D/A 比较器 使D0=1Uf3 保留D0“1”态.,重复上述过程至D0位，这样SAR寄存器的状态即为转换 后的数据。我们设Uref=5V，Uin=3.5V，则上述框图的 数字化过程如下： 时钟脉冲SAR的状态 DAL的输出 比较器的输出 CP1 100
4、2.5V 1 CP2 110 3.75V 0 CP3 101 3.125V 1 CP4 101 3.125V 1 与Uin=3.5V对应的数字量为101B。 这种A/D结构简单，精度较高，速度也较快,通常在几 us至百us之间，这是当前应用最广，最普遍应用的一 种结构。,二、ADC0808/9 ADC0808/9是8位8通道A/D转换器。 、原理框图,、引脚说明 (28个引脚双列直插) IN0-7 ：8路模拟量输入信号 2-1 2-8 ：8位输出数据线，三态 ADD(A,B,C)：模拟通道地址选择线。 ALE：地址锁存允许 此信号上升沿将地址线的状态锁存到地址 锁存器中，经译码可选中1N0-7
5、 中一路， 以便进行A/D转换。 START：启动转换 此信号上升沿清零内部寄存器，其下降沿 开始A/D转换，脉宽应100ns 。 EOC：转换结束。用来通知CPU取走转换结果，它 可作为中断请求信号。 OE：输出允许 此信号用来打开输出锁存器的三态门，以便 CPU读入转换数据。,CLK：时钟脉冲 典型值为640KHZ ，它由外电路提供。 REF()：基准电源 无特别要求时，REF(+)可与Vcc相连， REF(-)与GND相连。 Vcc：芯片电源端(+5V) GND：芯片电源地 、主要技术性能 分辨率：8位 误差：ADC08081/2LSB；ADC08091LSB 转换时间：100us 具有
6、锁存控制的8路模拟开关，可输入8路模拟信 号，可用单-+5V供电，此时模拟电压输入范围为 0-5V。无须外部调零及满量程调整。输入/输出引 脚电平与TTL兼容。,、与8086CPU的连接 ADC0808/9与8086CPU的连接如图所示：,由于A/D芯片有三态输出数据锁存器，所以2-12-8 可直接和CPU数据线相连。CPU执行OUT指令,可使 START与ALE有效，选中某一路输入并启动A/D。CPU 执行IN指令，可使OE有效，将转换结果读入。 5、读入A/D转换器数据的方式 读入A/D转换器数据有三种方式，即中断方式、查询 方式和延时等待方式。通常采用延时等待方式。 例：采样IN4程序
7、MOV AL, 04H OUT 68H, AL 启动A/D MOV CX, 60 延时100us DELAY: LOOP DELAY IN AL,68H 读入A/D结果,三、ADC0801/4 、主要技术性能 ADC0801/4也是美国国家半导体公司的产品，它是一 个8位单通道A/D转换器，它由模拟量差分输入电路和 逐次逼近式A/D转换器所组成，其原理框图基本上与 ADC0808/9相同。 ADC0801/4主要技术性能如下： 分辨率： 8位 误 差： ADC08011/4LSB；ADC08041LSB； ADC0802/3，1/2LSB 转换时间： 100us 具有差动模拟电压输入，单通道。
8、可用单-+5V供电， 此时模拟输入范围为05V。可方便地调节基准输入 电压，以改变满量程的模拟电压值。不需要零点调 正。在片上有时钟发生器。输入/输出引脚与TTL兼 容。,、引脚说明 (20引脚双列直插) DB0-7：8位输出数据线，三态 _ CS：片选(入) _ _ _ WR：写(入)当CS,WR有效时，可启动A/D变换(相当于 0809A/D的START) _ _ _ RD：读(入)当CS,RD有效时,将打开输出锁存器三态 门,而读入转换数据。(相当于809A/D的OE) _ INTR：中断请求(出)，它用来通知CPU取走转换结 果。 CLKIN：时钟信号,CLKR： 用来产生并输出时钟脉
9、冲 。它可外接RC自 行解决,其时钟频率Fc=1/11RC。RC的参数 值为R=10kn ，C=150pf。典型值为640kc UIN(+)： 双边模拟输入电压正负端。 REF/2： 半值基准电压。 若此引脚不外接电源，则REF=Ucc 若此引脚外接电源，则Uref为此引脚电压 的两倍。 使用此脚，可方便地改变满量程的模拟电 压值,如UIn范围为0-4V,则UrefF/2脚加 2V，当UIn=2V时，转换数据为80H。 Vcc： 芯片电源端(+5V) DGND： 芯片Vcc地端(数地) AGND： 芯片模拟地端,、与8086CPU的连接 4、采样程序： MOV DX, 0240H OUT DX
10、, AL 启动A/D MOV CX, 60 延时100us DELAY: LOOP DELAY IN AL,DX 读入A/D结果,四、举例.1.例1. A/D转换器的引线及其工作时序如图所示。A.试画出与8088CPU的连接图。B.编写程序，对VA进行一次采样，并将采样 值存于BX中。工作时序图：,解：1).与8088CPU的连接图,2).采样程序:ST: MOV DX, 8002HOUT DX, ALWAIT: IN AL, DXTEST AL, 01HJZ WAITMOV DX, 8001HIN AL, DXMOV BL, ALDEC DXIN AL, DXMOV BH, ALHLT,2.
11、例2. 应用A/D转换器组成一个16路温度采集系统。 (温度范围为0125，精度0.5) ).数据采集系统原理框图 原理框图说明： 、CD4051：单8通道模拟开关,其ABC为通道地址选 择端,1NH为使能端。 、74LS273：8D触发器，用于实现通道选择。 、采用延时方式，读入A/D转换的结果,).数据采集程序 试对3通道采样，采样值存入AL中： START: MOV AL, OAH (0000 1010B) OUT 98H,AL MOV CX, 0003H 选IN2 DELAY1: LOOP DELAY1 延时1 (5us) OUT 94H,AL 启动A/D MOV CX, 60 延时2 (100us) DELAY2: LOOP DELAY2 IN AL, 94H 读A/D结果 ).设计中应注意的问题 、电源滤波 、模拟量输入线屏蔽 、数字地与模拟地处理。,
