【文章內容簡介】 2 V 圖 22 信號調理電路圖 詳細的電路圖可以參考附錄 2。 測量過程中，除了待測量的信號外，各種不可見的、隨機的信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，可能會嚴重扭曲測量結果。因此不僅僅是將信號放大就可以了，還需要對放大的信號進行調理。 其中電和磁都可以通過電路和磁路對檢測系統(tǒng) 產生干擾作用。電場和磁場的變化也會在有關電路中感應出干擾電壓。電磁干擾對于檢測系統(tǒng)來說是最為普遍和影響最嚴重的干擾 [5]。 電源線是電磁干擾傳入設備和傳出設備主要途徑。通過電源線，電網(wǎng)上的干擾可以傳入設備，干擾設備的正常工作。同樣，設備的干擾也可以通過電源線傳到電網(wǎng)上，對網(wǎng)上其它設備造成干擾，因此必須進行電源的去耦，可以用一個 10uf 和 的電容連接成電源去耦電路。另外，調理電路中有時輸出的信號會有漂移，可以用 OP07 進行調零，具體調零電路和去耦電路見附錄 2. A/D 轉換及其接口方法 A/D 轉換器的選取 (1)轉換時間的選擇 轉換速度是指完成一次 A/D 轉換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標。 A/D 轉換器型號不同，轉換速度差別很大。通常， 8 位逐次比較式 ADC 的轉換時間為 128us 左右。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選 8位逐次比較式 A/D 轉換器。 (2)ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 7 8位 A/D 轉換器，其精度為 ： 8 %2? ? () 輸入為 0～ 5V 時，分辨率為 ： 85 0 . 0 1 9 6 1 9 . 6 m v1122FsN Vv ? ? ??? () Fsv— A/D 轉換器的滿量程值 ； N — ADC 的二進制位數(shù) 量化誤差為 ： 8 5 0 . 0 0 9 8 9 . 8 m v( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv? ? ? ?? ? ? ? () ADC0809 是 TI 公司生產的 8位逐次逼近式模數(shù)轉換器，包括一個 8位的逼近型的 ADC部 分，并提供一個 8通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便 [7]。 用它可直接將 8個單端模擬信號輸入，分時進行 A/D 轉換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領域中使用非常廣泛 ,所以本設計中選用該芯片作為 A/D 轉換電路的核心。 (3)采樣 定理 為了能不失真的恢復原模擬信號，采樣頻率應不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 s Imax2ff? () 由于 A/D 轉換需要一定的時間，所以在每次采樣結束后，應保持采樣電壓在一段時間內不變，直到下一次采樣的開始。實際中采樣 保持是做成一個電路。 (4)量化與編碼 模擬信號經(jīng)采樣 保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數(shù)字信號。還要把每個樣值脈沖轉換成與它幅值成正比的數(shù)字量。 以上為 A/D轉換的一般步驟，在本電路中由 ADC0809 芯片完成。 ADC0809 內部功能與引腳介紹 分辨率和精度在第一 部分 中已作了相應的計算和分析。 ADC0809 八 位逐次逼近式 A／ D 轉換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8 位模擬轉換器、8 通道轉換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。 8 路轉換開關能直接連通 8 個單端模擬信號中的任何一個。其內部結構如圖 23所示 ： 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 8 圖 23 ADC0809內部結構 ① .ADC0809 主要性能 ? 逐次比較型 ? CMOS 工藝制造 ? 單電源供電 ? 無需零點和滿刻度調整 ? 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與 TTL 兼容 ? 易與各種微控制器接口 ? 具有鎖存控制的 8 路模擬開關 ? 分辨率： 8位 ? 功耗： 15mW ? 最大不可調誤差小于 177。1LSB （最 低有效位） ? 轉換時間（ 500CLKf KHz? ） 128us ? 轉換精度： %? ? ADC0809 沒有內部時鐘，必須由外部提供，其范圍為 10～ 1280kHz。典型時鐘頻率為 640kHz ② 引腳排列及各引腳的功能，引腳排列如圖 24 所示。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 9 圖 24 ADC0809引腳圖 各引腳的功能如下： IN0～ IN7： 8 個通道的模擬量輸入端?？奢斎?0～ 5V待轉換的模擬電壓。 D0～ D7： 8位轉換結果輸出端。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位 。 A、 B、 C：通道選擇端。當 CBA=000 時， IN0輸入；當 CBA=111 時， IN7 輸入。 ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把 A、 B、 C 的狀態(tài)鎖存到內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通 8路模擬信號中的某一路。 START：啟動轉換信號輸入端。從 START 端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動 ADC0809 開始轉換。脈沖寬度應不小于 100～ 200ns。 EOC：轉換結束信號輸出端。啟動 A/D 轉換時它自動變?yōu)榈碗娖健? OE：輸出允許端。 CLK：時鐘輸入端。 ADC0809 的典型時鐘頻率為 640kHz，轉 換時間約為 100μs 。 REF()、 REF(+)：參考電壓輸入端。 ADC0809 的參考電壓為＋ 5V。 VCC、 GND：供電電源端。 ADC0809 使用＋ 5V單一電源供電。 當 ALE為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START 上升沿時，所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進行 A/D 轉換，此期間 START應保持低電平。在 START 下降沿后 10us 左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖剑?EOC 為低電平時，表示正在轉換，為高電平時，表示轉換結束。 OE 為低電平時， D0～ D7 為高阻狀態(tài)， OE 為高電平時，允許轉換結果輸出。 ADC0809 芯片的轉換速度在最高時鐘頻率下為 100us 左右，速度低，故可以在和 CPU接口時要求采用查詢方式或中斷方式。 A/D 轉換器一般總是和取樣保持電路一起使用，如 LF398 采樣保持器：單片的模擬集福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 10 成電路。采樣所得的模擬信號也在同一芯片中保存。也是暫存，所以 A/D 轉換器一般不需要數(shù)據(jù)鎖存器了。 系統(tǒng)中 CPU對 A/D 轉換板的主要操作為：多通道選擇命令、啟動 A/D 轉換命令、判斷A/D 轉換是否完成、讀 A/D 轉換結果。這些操作是靠執(zhí)行對不同端口地址的讀 /寫命令來完成的。 選定通道后 ，模擬量即為通過采樣 /保持器 AD582 的 +LOGIC IN 端，使 AD582 處于采樣狀態(tài)，其保持電容器 CH上的電壓隨輸入的模擬信號的變化而變化，即處于跟隨狀態(tài)。 轉換的啟動：進行轉換時，要由外部發(fā)出啟動信號。 逐次比較寄存器和比較器是 ADC0809 的核心。 ADC0809 的時序邏輯 圖 25 ADC0809時序邏輯 如圖 25所示，啟動脈沖 START 和地址鎖存允許脈沖 ALE 的上升沿將地址送上地址總線，模擬量經(jīng) C、 B、 A選擇開關所指定的通道送到 A/D 轉換器。在 START 信號下降沿的作用下，逐次逼近過程開始，在時鐘的控制下，一位一位地逼近。此時，轉換結束信號 EOC呈低電平狀態(tài)。由于逐次逼近需要一定的過程，所以，在次期間內，模擬輸入值應維持不變，比較器要一次次進行比較，直到轉換結束。此時，如果計算機發(fā)出一輸入允許命令（ OE呈高電平），則可讀出數(shù)據(jù)。 ADC0809 具有較高的轉換速度和精度，受溫度影響較小，能較長時間保證精度，重現(xiàn)性好，功能較低，且?guī)в?8路模擬開關，可以直接與微機系統(tǒng)相連，而不需要另加接口邏輯。也可以單獨使用。所以用于過程控制是比較理想的器件 。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 11 ADC0809 與單片機的接口和工作 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(jīng)譯碼器選通 8 路模擬信號之一到比較器。 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)楦唠娖剑甘?A/D 轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器中。這個信號可用作中斷申請。當 OE 輸入高電平時，打開三態(tài)輸出鎖存器，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上，完成模擬量到數(shù)字量的變化。 下圖是 ADC0809 與單片機的接口方法： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427A T 8 9 C5 1A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y777 4 L S 1 3 82317 4 L S 0 25647 4 L S 0 22 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CLO C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8 L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22A DC 0 8 0 9127 4 L S 0 4D2Q5CL K3Q6S4R17 4 L S 7 41uF5 1 k3 0 p F3 0 p F1 2 M H z1k 圖 26 ADC0809 與單片機接法 設計 ADC0809 與單片機的接口時，主要解決一下幾個問題： (1)8路模擬信號通道選擇 A、 B、 C 分別接地，以提供的低 3 位地址，如使 ALE=1，并將三位地址寫入 ADC0809的通道地址鎖存器并譯碼，就實現(xiàn)了模擬通道的選擇。為將這三位地址寫入通道地址鎖存器中，就要使 ADC0809 的 ALE 信號有效。如上圖中所示， ALE 的信號是通過單片機的 、 經(jīng)過 3— 8 譯碼器 74LS138 的輸 出 3Y 與 WR 的信號相“或”后再經(jīng)過反相器產生。因此 ADC0809 的 8 路通道地址可以確定為： 6000H 6007H（ 、 、 = 001）。 (2） 提供有效的 START 信號 上圖中 ADC0809 的 START 引腳是和 ALE 引腳接在一起的。因此只要 WR 非核 Y3 非都為0，反相器的輸出信號就會出現(xiàn)高電平。在這個高電平的上升沿，將 A、Ｂ、Ｃ地 址狀態(tài)送人地址鎖存器中；在下降沿時，啟動 ADC0809 轉換。因此啟動上圖中的 ADC0809 的轉換只需執(zhí)行下面的幾條指令（以通道０為例）： MOV A, 00H