【文章內容簡介】 框圖 D0~D7 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 55 ? 優(yōu)點：轉換速度快，轉換時間固定 ? 缺點：抗干擾能力差 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 56 例 :四位 A/D轉換器 ,滿刻度值 5V,現若輸入 ,試分析其逐次逼近的轉換過程 . 解 :量化單位 q=5/24= 1000: *23=,保留最高位 1 以此類推 ,最后為 1011 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 57 321 ΣΔ型 A/D轉換器（ 1） ? ΣΔ型 A/D利用取樣頻率為 Fs（ fs）的一系列粗糙量化數據，由后續(xù)的數字抽取器計算出模擬信號所對應的低取樣頻率 fs的高分辯率數字信號。其實現主要基于過程取樣、 ΣΔ調制和數字濾波。 抗混疊 模擬濾波器 Σ Δ 調制器 數字 濾波器 低位數據流 （ 1bit） 輸入 數字 fs Fs 模擬信號 Fs 高位數據流 （ 16bit） 模擬 Σ Δ 型 A/D轉換器的組成框圖 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 58 321 ΣΔ型 A/D轉換器（ 2） ? ΣΔ型 A/D轉換芯片 AD7715 – 價格便宜、分辨率高，不受噪聲環(huán)境的影響 – 提供了一個增益為 3 128倍可編程放大器，一個數字濾波器和一套自校準電路 – 所提供的系統(tǒng)功能要比常用的積分型 A/D轉換器強，而且避免了必須提供一個高質量積分電容的缺點 – 是工業(yè)和過程控制應用中的理想器件 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 59 （ 1） 分辨率 分辨率是指 A/D轉換器對微小輸入信號變化的敏感程度。分辨率越高，轉換時對輸入量微小變化的反應越靈敏。通常用數字量的位數來表示，如 8位、 10位、 12位等。分辨率為 n，表示它可以對滿刻度的 1/ 2n的變化量作出反應。即： 分辨率 = 滿刻度值 /2n 量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，提高分辨率，可減少量化誤差。 二、 A/D轉換器的性能指標 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 60 2. 轉換精度 ? A/D轉換器的轉換精度是指 A/D的實際輸出接近于理想輸出精確程度。 A/D轉換器的轉換精度可以用絕對誤差和相對誤差來表示。 所謂 絕對誤差 ，是指對應于一個給定數字量A/D轉換器的誤差，其誤差的大小由實際模擬量輸入值和理論值之差來度量。絕對誤差包括增益誤差，零點誤差和非線性誤差等。 相對誤差 是指絕對誤差與滿刻度值之比，一般用百分數來表示，對 A/D轉換器常用最低有效值的位數 LSB（ Least Significant Bit)）來表示， 1LSB = 1／ 2n 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 61 一般來說 ， 位數 n越大 ， 其相對誤差 （ 或絕對誤差 ） 越小 。 3. 轉換時間 A/D轉換器完成一次轉換所需的時間稱為轉換時間 。 如逐位逼近式 A/D 轉換器的轉換時間為微秒級 ， 雙積分式 A/D轉換器的轉換時間為毫秒級 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 62 ? 例：一個 12位 A/D，輸入電壓范圍 5V （ 1）分辨率？ （ 2）能夠辨別的最小電壓？ 解： 1） 2） 5 *102=*102 212 10*1 ??— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 63 量化誤差：由于用有限二進制數字對模擬數值進行離散取值 （ 量化 ） 而引起的誤差 ， 用如下表示： )()(S nTfnTfe ??— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 64 t)(S nTfoq q23 q45 q6T T3T2 T4 T5t)( nTfoq q23 q45 q6T T3T2 T4 T5— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 65 三、數據的采集與轉換的應用問題 孔徑誤差 ftVV m ?2sin?ftVdtdV m ?? 2c o s2??fVdtdV m ?2)( m a x ?Amm ftVV ?2?? %1002 ?? AV ft??— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 66 例 :一個十位的 A/D轉換器誤差百分數 %, 則允許轉換的正弦波模擬信號的最大頻率為多少 ?(16HZ) st A ?10?%1002 ?? AV ft??— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 67 五、常用 A/D轉換器 ? A/D轉換器與 CPU的接口方式由它們之間數據傳輸方式決定 – 并行接口和串行接口 ? 接口類型一般有三種 ， 由 A/D轉換器與 CPU之間的聯系方式決定 – 查詢法 – 定時法 – 中斷法 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 68 逐位逼近式 A/D芯片介紹 ? 逐位逼近式 A/D芯片品種很多，可滿足各種需要 ? 8位 A/D轉換器芯片 ? 12位 A/D轉換器芯片 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 69 典型的 A/D轉換芯片 ADC0809 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 70 1） 8路 8位 A／ D轉換器，即分辨率 8位 2）具有轉換起停控制端。 3）轉換時間為 100μs 4）單個＋ 5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 71 ADC0809的工作過程是：首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A／ D轉換，之后 EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到 A／ D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 ?1. ADC0809的內部邏輯結構 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 72 ?2. 引腳結構 ?ADC0809采用雙列直插式封裝 ， 共有 28條引腳 。其引腳結構如圖所示 。 IN 5D 7D 6D 0D 1 D 2D 3D 4D 5V ref(+)OEGNDV ccA D D CA D C 0 8 0 91109876543220141516171819131211IN 3IN 4IN 7IN 6S T A R TEOCC L O C KV ref()A L EA D D AA D D BIN 0IN 1IN 22827262524232221圖 ADC0809引腳圖 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 73 ? 引腳結構 ? （ 1） IN7~IN0： 8條模擬量輸入通道 ? （ 2）地址輸入和控制線： 4條 ? （ 3）數字量輸出及控制線： 11條 ? （ 4）電源線及其他： 5條 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 74 各引腳功能如下： ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉換器。 ? ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。上升沿時鎖存 3位通道選擇信號。 ? A、 B、 C： 3位地址線即模擬量通道選擇線。 ALE為高電平時，地址譯碼與對應通道選擇見表格 。 ? START：啟動 A/D轉換信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉換器內部清零，下降沿時啟動 A/D轉換。 ? EOC：轉換結束信號，輸出，高電平有效。 ? OE：輸出允許信號，輸入，高電平有效。該信號用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將 A/D轉換得到的 8位數字量送到數據總線上。 ? D0～ D7： 8位數字量輸出。 D0為最低位， D7為最高位。由于有三態(tài)輸出鎖存，可與主機數據總線直接相連。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 75 ?CLOCK：外部時鐘脈沖輸入端。當脈沖頻率為640kHz時， A/D轉換時間為 100?s。 ?VR+， VR：基準電壓源正、負端。取決于被轉換的模擬電壓范圍，通常 VR+ = ?5V DC， VR = 0V DC。 ?Vcc：工作電源， ?5VDC。 ?GND：電源地。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 76 表 被選通道和地址的關系 C B A 選中通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 77 ADC0809的內部轉換時序 ALEC .B .AST A R TE O COED O 7 ~ D O 0圖 2 1 2 A D C 08 0 9 的 轉 換 時 序圖 ADC0809的轉換時序 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 78 3． AD574芯片介紹 ? AD574A是一種高性能的 12位逐位逼近式 A/D轉換器 ? 分辨率為 1/212 = % ? 轉換時間為 25μs, 適合于在高精度快速采樣系統(tǒng)中使用 ? 內部結構大體與 ADC0809類似，由 12位 A/D轉換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器與 10V基準電壓源構成，可以直接與主機數據總線連接，但只能 輸入一路模擬量 ? AD574A也采用 28腳雙立直插式封裝 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 79 圖 317 AD574A原理框圖及引腳 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 80 各引腳功能如下： ? Vcc：工作電源正端， +12 VDC或 +15 VDC。 ? VEE：工作電源負端， ?12 VDC或 ?15 VDC。 ? VL：邏輯電源端， +5 VDC。雖然使用的工作電源為 ?12VDC或 ?15 VDC， 但數字量輸出及控制信號的邏輯 電平仍可直接與 TTL兼容。 ? DGND， AGND：數字地，模擬地。 ? REF OUT：基準電壓源輸出端，芯片內部基準電壓源為 + V?1％。 ? REF IN：基準電壓源輸入端，如果 REF OUT