【正文】 第一次比較時，取標準電平為滿量程的一半；若標準電平小于信號幅度，則標準電平保存下來，進行第二次比較。第二次比較的標準電平為上次標準加滿量程的四分之一標準電平，若小于信號幅度，第二次標準電平通用保存下來（若標準電平大于信號幅度則不保存），進行第三次比較，依此類推，直到所有標準電平取出來比較完全才結(jié)束。圖2給出了12位逐次比較型模數(shù)變換器的原理框圖。圖2 12位逐次比較型模數(shù)變換器原理框圖 A/D模數(shù)變換器 實驗用A/D模數(shù)變換器有2種，分別是AD1674和AD574，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相差不大。AD1674是美國AD公司推出的一種完整的12位并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換單片。該芯片內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、10伏基準電壓源、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器。與原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊湊，集成度更高，工作性能（尤其是高低溫穩(wěn)定性）也更好，而且可以使設計板面積大大減小，因而可降低成本并提高系統(tǒng)的可靠性。(1) AD1674/AD574的基本特點和參數(shù) 帶有內(nèi)部采樣保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器； 采樣頻率為100kHz； 轉(zhuǎn)換時間為10μs； 具有177。1/2LSB的積分非線性（INL）以及12位無漏碼的差分非線性（DNL）； %； 內(nèi)有+10V基準電源，也可使用外部基準源； 四種單極或雙極電壓輸入范圍分別為177。5V，177。10V，0V~10V和0V~20V； 數(shù)據(jù)可并行輸出，采用8/12位可選微處理器總線接口； 內(nèi)部帶有防靜電保護裝置(ESD)，放電耐壓值可達4000V； 采用雙電源供電：模擬部分為177。12V/177。15V,數(shù)字部分為+5V； 采用28腳密封陶瓷DIP或SOIC封裝形式。 功耗低，僅為385mW。(2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳說明圖3所示為AD1674的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，圖4所示為其引腳排列。AD1674的引腳按功能可分為邏輯控制端口、并行數(shù)據(jù)輸出端口、模擬信號輸入端口和電源端口四種類型。圖3 AD1674的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖4 AD1674引腳排列①邏輯控制端口12/8：數(shù)據(jù)輸出位選擇輸入端。當該端輸入為低時，數(shù)據(jù)輸出為雙8位字節(jié)；當該端輸入為高時，數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié)。CS：片選信號輸入端，低電平有效。R/C：讀/轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入端。在完全控制模式下，輸入為高時為讀狀態(tài)；輸入為低時為轉(zhuǎn)換狀態(tài)；在獨立工作模式下，在輸入信號的下降沿時開始轉(zhuǎn)換。CE：操作使能端；輸入為高時，芯片開始進行讀/轉(zhuǎn)換操作。A0：位尋址/短周期轉(zhuǎn)換選擇輸入端。在轉(zhuǎn)換開始時，若A0為低，則進行12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；若A0為高，則進行周期更短的8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；當R/C=1且12/8=0時，若A0為低，則在高8位（DB4～DB11）作數(shù)據(jù)輸出；若A0為高，則在DB0～DB3和DB8～DB11作數(shù)據(jù)輸出，而DB4～DB7置零。STS：轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。輸出為高時表明轉(zhuǎn)換正在進行；輸出為低時表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。②并行數(shù)據(jù)輸出端口DB11～DB0：數(shù)字量輸出。在12位輸出格式下，DB11DB8輸出數(shù)據(jù)的高4位；在8位輸出格式下，A0為低時也可輸出數(shù)據(jù)的高4位。③模擬信號輸入端口10VIN：10V范圍輸入端，包括0V～10V單極輸入或177。5V雙極輸入；20VIN：20V范圍輸入端，包括0V～20V單極輸入或177。10V雙極輸入；應當注意的是：如果已選擇了其中一種作為輸入范圍，則另一種不得再連接合作。④供電電源端口REF IN：基準電壓輸入端，在10V基準電源上接50Ω電阻后連于此端。REF OUT：+10V基準電壓輸出端。BIP OFF：雙極電壓偏移量調(diào)整端，該端在雙極輸入時可通過50Ω電阻與REF OUT端相連；在單極輸入時接模擬地。VCC：+12V/+15V模擬供電輸入。VEE：12V/15V模擬供電輸入。VLOGIC：+5V邏輯供電輸入。AGND/DGND：模擬/數(shù)字接地端。表1 AD1674控制邏輯真值表CECSR/C12/8A0執(zhí) 行 操 作0無操作1無操作1000啟動12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1001啟動8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1011允許12位并行輸出10110允許高8位并行輸出10101允許低4位并行輸出圖5 HC245引腳排列驅(qū)動器雖然A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端口都有一定的帶負載能力，如果負載超過其負載能力，一般應加驅(qū)動器。實驗MCA電路板在AD1674數(shù)據(jù)輸出端口后面加上了驅(qū)動器HC245。HC245又稱總線驅(qū)動器，是典型的TTL型三態(tài)緩沖門電路。也可以使用74HC244等其他電路，74HC244比74HC245多了鎖存器。DIR：為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用，DIR=“1”高電平時信號由“A”端輸入“B”端輸出，DIR=“0”低電平時信號由“B”端輸入“A”端輸出。2~9腳：“A”信號輸入輸出端，A0=B0……A7=B7，A0與B0是一組，如果DIR=“1”，OE=“0”則A1輸入B1輸出，其它類同。如果DIR=“0”，OE=“0”則B1輸入A1輸出，其它類同。11~18腳：“B”信號輸入輸出端，功能與“A”端一樣。OE：使能端，若該腳為“1”A/B端的信號將不導通，只有為“0”時A/B端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。GND：電源地。VCC：電源正極。三、實驗內(nèi)容及步驟實驗MCA板主要由AD1674(574)和幾個驅(qū)動電路及LED顯示組成，AD1674對串口信號進行轉(zhuǎn)換。由于AD轉(zhuǎn)換采用的是12位模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換器AD1674，在理論上可以實現(xiàn)4096道多道能譜儀，但是為了提高它的精度將四道合并成一道，實際上實現(xiàn)的是1024道的多道能譜儀。其中有兩根輸出線空著，轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)驅(qū)動點亮LED，亮的代表高電平1，暗的代表低電平0，十位的高低電平組成的二進制數(shù)就是對應的轉(zhuǎn)換值。其計算公式為：1. 按照電路原理圖對照實驗電路板，熟悉實驗板的元器件和觀察點的位置；2. 將直流穩(wěn)壓電源及串行口線接上，先檢查A/D轉(zhuǎn)換工作是否正常；3. 將雙擲開關(guān)K1打到DC時利用內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，手動按鈕PB可以復位，調(diào)節(jié)RW1，用萬用表查看P2點的電壓，查看LED的變化情況，并做記錄；4. 將K1打到AC，對于AD574模數(shù)變換器，調(diào)信號發(fā)生器使得輸出f為2~5k，幅度分別為5120mV、2560mV、1280mV、200mV的矩形脈沖，將信號發(fā)生器接入輸入端。對于AD1674模數(shù)變換器，用串口線跟峰值保持器相連接，調(diào)信號發(fā)生器使得輸出f為2~5k，幅度分別為5120mV、2560mV、1280mV、200mV的三角脈沖，將信號發(fā)生器接入峰值保持器的輸入端；5. 觀察LED的顯示，并做記錄，對比它與理論的輸入電壓值的差別；四、實驗設備直流穩(wěn)壓電源、MCA實驗電路板、信號發(fā)生器、峰值保持器、萬用表、工具箱、示波器。五、電路板原理圖（圖6）六、實驗思考題實驗板上輸入的六線的串口信號，其中OK、CON、DT，假如后面接的不是LED，而是將輸出值送入PC機中，試簡述這些信號線是如何配合工作的？圖6 A/D轉(zhuǎn)換電路實驗6 整機儀器的組裝及應用一、實驗目的1. 掌握NIM機箱各插件的使用；2. 掌握簡單輻射儀器的組裝；3. 熟悉簡單輻射儀器的調(diào)試及應用；4. 了解輻射儀器的組成及構(gòu)造。二、實驗原理通常的核輻射儀器主要包括探測器、前置放大器、放大器、高壓及后續(xù)分析測量設備（圖1）。核輻射儀器的主要功能是記錄核事件，射線一旦進入探測器，就會形成輸出脈沖，每個脈沖代表一次被記錄的核事件；脈沖一般先經(jīng)過前置放大器的放大，然后再進入到主放大器進行放大成形；最后再由后續(xù)分析測量電路進行分析。 圖1 核輻射儀器框圖計數(shù)器脈沖信號計數(shù)是核電子學最基本的測量方法，也是最簡單的數(shù)據(jù)獲取工作。核輻射探測器輸出脈沖信號數(shù)目與被測輻射源強度成正比，直接記錄單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)目可以測量核輻射強度。簡單的計數(shù)器主要由探測器、前置放大器、高壓、放大器和定標器組成。定標器又稱計數(shù)器，用來記錄在一定時間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)目。在實驗過程中，可不斷升高甄別器的甄別閾VT，并記錄不同甄別閾的計數(shù)NT，所得到的VT與NT的關(guān)系就是脈沖幅度積分分布，即積分譜（圖2）。圖2 脈沖幅度積分譜疊加單道譜儀在脈沖幅度分析中，如果知道脈沖幅度在某個閾電平間隔中的計數(shù)大小ΔN，則ΔN與VT的關(guān)系就是脈沖幅度分布曲線，也即是通常要測量的能譜曲線（微分譜）。用積分甄別器來獲取積分譜時，需要將測量的數(shù)據(jù)進行相減計算。所以不僅浪費時間，而且誤差很大。為此，設計了直接測量幅度譜的微分甄別器，即單道脈沖幅度分析器。在實驗過程中，疊加單道譜儀并不是由很多單道疊加組成，它只需要一個單道脈沖幅度分析器（其它設備要求與計數(shù)器一樣）。在實驗的時候，保持道寬不變，通過調(diào)節(jié)下甄別閾來獲取不同道數(shù)的計數(shù)，最后畫出ΔN與VT的關(guān)系曲線，就可得到所測輻射源的能譜。三、實驗內(nèi)容及步驟1. 按實驗原理設計簡單輻射儀器（包括計數(shù)器和簡單γ譜儀）；2. 上交設計輻射儀器電路框圖；3. 按照設計輻射儀器框圖連接電路；4. 熟悉所用插件的結(jié)構(gòu)及其使用方法；5. 對輻射儀器進行調(diào)試，并記錄不同實驗條件下的數(shù)據(jù)（分別對137Cs和60Co進行測量，獲取其積分譜和微分譜）；6. 關(guān)閉電源，拔下探測器，收拾儀器設備。四、實驗設備萬用表，數(shù)字示波器，NIM機箱，NaI晶體探頭，γ射線源，NIM機箱插件（按設計原理圖選擇）。五、實驗報告編寫要求1. 繪制核輻射儀器結(jié)構(gòu)框圖，并列出所選插件；2. 記錄不同實驗條件下組裝儀器的實驗數(shù)據(jù)，并畫出所測輻射源的積分和微分譜。六、實驗思考題 要提高輻射儀器的能量分辨率和計數(shù)率應該怎樣做？