【文章內(nèi)容簡介】 壓，時鐘，逐次逼近寄存器，控制邏輯和三態(tài)緩沖器等組成。其轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)端可直接同 8位或 16位微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線連接，控制端同 TTL或 CMOS電平兼容。允許對輸入的 +5V等信 號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出可為單極性二進(jìn)制碼或雙極性偏移二進(jìn)制碼。 其主要功能特性如下： 分辨率： 12 位 非線性誤差：小于 177。1/2LBS 或 177。1LBS 轉(zhuǎn)換速率： 25us 模擬電壓輸入范圍： 0— 10V 和 0— 20V， 0— 177。5V 和 0— 177。10V 兩檔四種 電源電壓： 177。15V 和 5V 數(shù)據(jù)輸出格式： 12 位 /8 位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 AD574 的引 腳說明 : 數(shù)字 處理 X（ t） 前置濾波 采樣 /保持 量化 編碼 y(Ktn) 18 VCC1R E F I N10l s b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P L R o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m s b 1127R E F o u t8S T A T U S28CE6CS3+ V s7A 0 / S C4R / C5 V s111 2/ 82U? A D 5 74 A： [1]. Pin1(+V)—— +5V 電源輸入端。 [2]. Pin2( )—— 數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是 12 位或 8 位輸出。 [3]. Pin3( )—— 片選端。 [4]. Pin4(A0)—— 字節(jié)地址短周期控制端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是， 端 TTL 電平不能直接 +5V 或 0V 連接。[5]. Pin5( )—— 讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 [6]. Pin6(CE)—— 使能端。 [7]. Pin7(V+)—— 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 [8]. Pin8(REF OUT)—— 10V 基準(zhǔn)電源電壓輸出端。 [9]. Pin9(AGND)—— 模擬地端。 [10]. Pin10(REF IN)—— 基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 19 [11]. Pin(V)—— 負(fù)電源輸入端，輸入 15V 電源。 [12]. Pin1(V+)—— 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 [13]. Pin13(10V IN)—— 10V 量程模擬電壓輸入端。 [14]. Pin14(20V IN)—— 20V 量程模擬電壓輸入端。 [15]. Pin15(DGND)—— 數(shù)字地端。 [16]. Pin16— Pin27(DB0— DB11)—— 12 條數(shù)據(jù)總線。通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 [17]. Pin28(STS)—— 工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時，聲明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或 查詢信號之用。 現(xiàn)在我們來討論 AD574A 的 CE、 、 、 和 A0 對其工作狀態(tài)的控制過程。在 CE= =0 同時滿足時， AD574A 才會正常工作，在 AD574 處于工作狀態(tài)時，當(dāng) =0 時 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) =1 是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。 和 A0 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 A00 時，啟動的是按完整 12 位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng) A0=1 時，按 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng) =1，也即當(dāng) AD574A 處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時， A0 和 控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng) =1 時，數(shù)據(jù)以 12 位并行輸出，當(dāng) =0 時，數(shù)據(jù)以 8 位分兩次輸出。而當(dāng) A0=0 時，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高 8 位， A0=1 時輸出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低 4 位，這四位占一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。 AD574A 的工作模式：以上我們所述的是 AD574A 的全控狀態(tài)，如果需AD574A 工作于單一模式，只需將 CE、 端接至 +5V 電源端， 和 A0 接至 0V，僅用 端來控制 A/D 轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當(dāng) =0 時，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us 后 STS=1，表明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時將 置 1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。 AD574A 控制端標(biāo)志意義 CE A0 工作狀態(tài) 0 X X X X 禁止 x 1 X X X 禁止 20 1 0 0 X 0 啟動 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 0 X 1 啟動 8 位轉(zhuǎn)換 1 0 1 接 +5V X 12 位并行輸出有效 1 0 1 接 0V 0 高 8 位并行輸出有效 1 0 1 接 0V 1 低 4 位并行輸出有效 A/D轉(zhuǎn)換器與 8031的接口電路如圖 346所示。 譯碼器 采樣保持 采樣保持器又稱為采樣保持放大器（ SHA），它是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的基本部 21 件之一。 采樣保持器的作用是：在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化；而在保持狀態(tài)，能使其輸出值保持不變。如圖 342 采樣 /保持原理，在 1t 時刻前，處于采樣狀態(tài)，此刻 K為閉合狀態(tài)，輸出信號 V0跟輸入 Vi保持同步變化；而在時間 1t ， K斷開，此刻處于保持狀態(tài)（如圖 343 采樣 /保持原理電路），輸出電壓恒值保持在 0A 不變；而在 2t 時刻，保持結(jié)束，新一個采樣時刻到來，此時相當(dāng)于 K重新閉合， V0又隨 Vi同步變化，直至?xí)r刻 3t ，新的保持信號到來， K斷開， V0保持 A1的電位不變。 因此，利用采樣 /保持器，在啟動 A/D變換時，保持住輸入信號，從而可避免A/D轉(zhuǎn)換孔徑 時間（在采樣保持器中，由于模擬開關(guān)有一定的動作滯后，從保持命令發(fā)出到模擬開關(guān)斷開的時間叫孔徑時間，它會導(dǎo)致 A/D采樣時間被延遲。）帶來轉(zhuǎn)換誤差；在進(jìn)行多路信號瞬態(tài)采集時，可利用多個采樣保持器并聯(lián)，在同一時刻發(fā)出一個保持信號，則能得到某一瞬時各路信號的瞬態(tài)值，然后再分時對各路保持信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到所需的值。 22 A1A2A3AAt 1 t 2 t 3 t 4tt 采樣保持原理圖 圖 采樣保持原理電路 它由模擬開關(guān) K，保持電容 Ch和緩沖器 A1 和 A2 構(gòu)成。高輸入阻抗輸入放大器 A1 對輸入信號起緩沖作用，輸出用于對 Ch 充電。由上述討論知為保證量化精度，當(dāng) ADC 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出時，取樣保持 Ch 端電壓應(yīng)該保持不變，所以輸出放大器 A2 必須為高輸入阻抗放大器。 采樣放大器主要指標(biāo) 由于 SHA 和外接 Ch 為非理想器件，使實(shí)際 SHA 在信號采樣和信號保持這R Vi k V0 C 23 兩個狀態(tài)的過度過程中，產(chǎn)生了信號采樣幅值的誤差和信號的時延。其指標(biāo)如下： ? 捕捉時間：捕捉時間是從采樣保持器接收到采樣命令開始，到輸出從保持信號幅值跟蹤為當(dāng)前輸入信號幅值所需要的時間，它同模擬開關(guān)從截止到導(dǎo)通的延時，放大器 的延時，輸入信號的幅度變化以及容許的逼近誤差有關(guān)。捕捉時間影響采樣頻率的提高，它和轉(zhuǎn)換精度無關(guān)。 ? 孔徑時間：孔徑時間是指采樣保持器在接受到系統(tǒng)輸出的保持命令，由于模擬開關(guān)從導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止所存在的延時，導(dǎo)致采樣保持器的輸出仍繼續(xù)跟蹤輸入信號的變化，因此采樣保持器在穩(wěn)態(tài)時的輸出已不是接收到保持命令時輸入信號的瞬時幅值。 ? 保持溫度時間：保持穩(wěn)定時間是從模擬開關(guān)完全截止到 SHA 輸出不超過指定誤差所需要的時間，通常是指從保持命令發(fā)出到輸出最終值在某一誤差范圍內(nèi)所需要的時間。 ? 保持階躍：保持階躍是開關(guān)電路從采樣方式轉(zhuǎn)為保持 方式時，輸出電壓產(chǎn)生的階躍幅值。 4． 鍵盤 /顯示電 為了使操作人 路 員能夠隨時掌握每個爐子的溫度變化情況，設(shè)計(jì)了四個LED 顯示器。第一位為通道號，第二至四位用來顯示溫度，最大為 999 攝氏度。根據(jù)系統(tǒng)的需要 ，顯示方法設(shè)計(jì)有兩種方式。 （ 1） 自動循環(huán)顯示 在這種方式下，計(jì)算機(jī)可以自動地把采樣的 1 號到 8 號退火爐的溫度進(jìn)行顯示，同時顯示通道號。 （ 2） 定點(diǎn)顯示 即操作人員可以隨時任意查看某一退火爐的溫度，并且兩種顯示方式可以任意切換。 24 8031D0D1D2D3D4D5D6D7+5V+5V0 1 2 348125 6 79 10 1113 14 15 圖 矩陣式鍵盤接口電路 （ 1）鍵盤的結(jié)構(gòu)與類型 鍵盤是一組按鍵的集合。按鍵是一種按壓式或觸摸式常開型按鈕開關(guān)。平時（常態(tài)）按鍵的兩個觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài) ，當(dāng)按壓或觸摸按鍵時兩個觸點(diǎn)才處于閉合連通狀態(tài)。 按鍵閉合時能向微機(jī)輸入數(shù)字（ 0— 9 或 0F）的鍵稱為數(shù)字鍵，能向微機(jī)輸入命令以實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的鍵稱為功能鍵或命令鍵。鍵盤上的按鍵是按一定順序排列在一起的，每個按鍵都有各自的命令。為了便于 CPU區(qū)分各個按鍵，必須給鍵盤上的每個按鍵賦以一個獨(dú)有的編號，按鍵的編號或編碼稱為鍵號或鍵值。 CPU知道了按鍵的鍵號或鍵值，就能區(qū)分這個鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵。如果是數(shù)字鍵，就直接將該鍵值送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示，如果是功能鍵則由該鍵值找到執(zhí)行該鍵功能的程序的入口地址，并轉(zhuǎn)去運(yùn)行該程序即執(zhí)行該鍵的命令。因此，確定按 25 鍵的鍵值是執(zhí)行該鍵功能的前提。 鍵盤接口與鍵盤 程序的根本任務(wù)就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是哪個位置的鍵？這個鍵的鍵值是多少？這個任務(wù)叫做鍵盤掃描。鍵盤掃描可以用硬件來實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。帶有鍵盤掃描硬件電路的鍵盤稱為編碼鍵盤，不帶鍵盤掃描硬件電路的鍵盤稱為非編碼鍵盤，非編碼鍵盤的掃描靠軟件實(shí)現(xiàn)。為了節(jié)省成本起見，一般的微機(jī)化測控系統(tǒng)多采用非編碼鍵盤。 為了能讓 CPU監(jiān)測按鍵是否閉合，通常將按鍵開關(guān)的一個觸點(diǎn)通過一個電阻（稱上拉電阻）接 +5V 電源（這個觸點(diǎn)稱“接零端”），另一個觸點(diǎn)接地或接低電平（這個觸點(diǎn)稱“接零端” ），這樣當(dāng)按鍵開關(guān)未閉合時， 其測試端為高電平，當(dāng)按鍵開關(guān)閉合時，其測試端便為低電平。 （ 1）鍵盤是微機(jī)系統(tǒng)最常使用的輸入設(shè)備 （ 2）小鍵盤：適用于單板機(jī)或以微處理器為基礎(chǔ)的儀器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址、命令及指令等的輸入 （ 3）獨(dú)立鍵盤：通過 5 芯電纜與 PC 微機(jī)主機(jī)連接 鍵盤的工作方式 微機(jī)化測控系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是 CPU 的工作內(nèi)容之一。 CPU 在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式，通常鍵盤的工作方式有以下三種可供選擇。 1）編程掃描工作方式 編程掃描工作方式也稱程控掃描方式或查詢方式，它是利用 CPU 在完成其它工作的 空余，調(diào)用鍵盤掃描程序，反復(fù)地掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入數(shù)據(jù)或命令。而在執(zhí)行鍵輸入命令或處理鍵輸入數(shù)據(jù)的過程中， CPU 將不再響應(yīng)鍵輸入要求，直到 CPU返回重新掃描鍵盤為止。 2）定時掃描方式 定時掃描工作方式是利用單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷（例如 10ms）， CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵并執(zhí)行相應(yīng)鍵功能程序。定時掃描工作方式的鍵盤硬件電路與編程掃描工作方式相同。 26 2） 中斷工作方式 鍵盤工作于編程掃描狀態(tài)時， CPU 要不間斷地對鍵盤進(jìn)行掃描，以監(jiān)視鍵盤的輸入情況，直到有鍵按下為止，其 間 CPU不能干任何其它工作。如果 CPU 工作量較大，這種方式將不能適應(yīng)。定時掃描進(jìn)了一大步，除了定時監(jiān)視一下鍵盤輸入情況外，其余時間可進(jìn)行其它任務(wù)的處理，因此， CPU 效率提高了。為了進(jìn)一步提高 CPU 的工作效率，可采用中斷掃描工作方式，即只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描并執(zhí)行該按鍵功能程序。如果無鍵按下， CPU 將不理睬鍵盤。可以說，前兩種掃描方式， CPU 對鍵盤的監(jiān)視是主動進(jìn)行的，而后一種掃描方式，CPU對鍵盤的監(jiān)視是被動進(jìn)行的。 (4)按鍵輸入軟件中應(yīng)該解決的幾個問題幾個問題 1)消除鍵抖動 目前，無論 是按鍵或是鍵盤，大部分都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。機(jī)械觸點(diǎn)由于彈性作用的影響，在閉合及斷開瞬間均有抖動過程，從而使電 壓信號也出現(xiàn)抖動。這種抖動的暫態(tài)過程大約經(jīng)過 510ms的時間，雖然人 的肉眼是覺察不到的，但對高速的 CPU是有反映的，可能產(chǎn)生誤處理，為 了保證鍵動作一次，只作一次處理，必須采取措施以消除抖動。軟件消除抖 動是通過延時來躲過暫態(tài)抖動過程，執(zhí)行一段大于 IOms的延時程序后，再 讀取穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。 2) 按鍵編碼方法 按鍵都要通過 1/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤的結(jié)構(gòu)不同，采用不同的編碼方法。但 無論有無編碼，以及采用什么樣的編碼，最后都要轉(zhuǎn) 換成為與單片機(jī)的累加器中的數(shù)值