ADC0809、AI和抗干扰措施

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计算机控制技术
ADC0809 AI和抗干扰措施 AI和抗干扰措施
刘富春 自动化科学与工程学院
2010-03-19
1
过程通道:计算机和生产过程之间设置的信息传 送和转换的连接通道。(AI、AO、DI、DO)
软件 接口
显示终端
变送器 传感器 A\D D\A 多路开关 反多路开关 开关量输入 执行机构 生 产 对 象
Common Mode Rejection Ratio
共态干扰电压转换 的常态干扰电压
P24
如何提高CMRR
(1)提高共态干扰各电流回路阻抗以减小 共模电压
P25
(2)光电隔离器切断共态干扰电流回路
P26
THE END
P27
过程通道的抗干扰措施
干扰的来源

从系统电源或电源引线(包括地线)侵入的干 从系统的信号输入输出传输通道引入的干扰 空间电磁干扰 静电噪声 其它环境因素引起的干扰
P3
单片A/D转换器及其 与微处理器的接口 IN

3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ADC0809
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
IN2 IN1 IN0
ADDA ADDB ADDC
IN4
IN5
ADC0809引脚结构: 采用双列 引脚结构: 引脚结构 直插式封装,共有 条引脚 直插式封装,共有28条引脚 — 8条模拟量输入通道 条模拟量输入通道 — 地址输入和控制线4条 地址输入和控制线 条 (A,B,C,ALE) — 数字量输出及控制线 条 数字量输出及控制线11条 — 电源线及 电源线及CLOCK:5条 : 条
常态干扰
指叠加在被测信号上的高频噪声信号, 指叠加在被测信号上的高频噪声信号,又称为 高频噪声信号 串模干扰。 串模干扰。
P22
共态干扰
指因模拟地和数字地之间存在电位差而引入的 指因模拟地和数字地之间存在电位差而引入的 模拟地和数字地 直流或交流干扰信号。 直流或交流干扰信号。
P23
这种总是以常态干扰的形式作用于信号输入 端上的干扰,称为共模干扰。 共模抑制比:CMRR P37 共态干扰电压
◆ ◆
P13

转换时序
P14
单片A/D转换器与微处理器的接口
MCS-51系列单片机和ADC0809的接口
P15

单片机的端口0作为复用数据总线,与ADC0809的数据输出端 相连 D ~D
0 7
◆ ◆ ◆
单片机的低3位数据线(选通abc)用于选择8路模拟量输入 ADC0809的时钟信号CLK由单片机的ALE信号提供 转换的启动信号START和8路模拟输入开关的地址锁存允许信 号ALE由单片机的写信号WR及地址译码输出信号逻辑提供。 本接口用P2.7作 I/O 地址选择信号,相当于用ADC0809的片 选信号作启动信号,其地址为7FFFH
常态干扰:叠加在被测信号上的干扰噪声,又称为 串模干扰
P30
P31
过程通道的抗干扰措施(4)

共态干扰:A/D转换器两个输入端上公有的干扰电 压,又称为共模干扰
P32
过程通道的抗干扰措施(4)
常态干扰的抑制

若常态干扰频率比被测信号频率高,则采用输入 低通滤波器来抑制高频常态干扰;若常态干扰频率 比被测信号频率低,则采用输入高通滤波器来抑制 低频常态干扰;若常态干扰频率落在被测信号频谱 的两侧,则应用带通滤波器较为适宜
P7
EOC——转换结束信号。EOC=0,正在进 转换结束信号。 转换结束信号 正在进 行转换; 转换结束。 行转换;EOC=1,转换结束。使用中该状态 转换结束 信号即可作为查询的状态标志, 信号即可作为查询的状态标志,又可作为中 断请求信号使用。 断请求信号使用。 D7~D0——数据输出线。为三态缓冲输出 ~ 数据输出线。 数据输出线 形式,可以和单片机的数据线直接相连。 形式,可以和单片机的数据线直接相连。 D0为最低位,D7为最高 为最低位, 为最低位 为最高
比CMRR(Common Mode Rejection Rate)来表示:
式中 U 是共模干扰电压,
cm
Ucm CM = 20lg RR (dB) Un
扰电压。CMRR越大,表明抗共模干扰能力越强。
Un是由 Ucm转化成的常态干
P36
过程通道的抗干扰措施(9)

利用双端输入的运算放大器作为A/D转换器前面
IN6 IN7
START EOC D3 OE CLOCK Vcc Vref(+) GND D1
ALE
D7 D6 D5 D4 D0 Vref(-) D2
P4
ADC0809的内部逻辑结构图
P5
ADC0809主要信号引脚的功能说明
IN7~IN0——模拟量输入通道 ~ 模拟量输入通道 ALE——地址锁存允许信号。对应 地址锁存允许信号。 地址锁存允许信号 对应ALE上跳 上跳 地址状态送入地址锁存器中。 沿,A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 、 、 地址状态送入地址锁存器中 START——转换启动信号。START上升 转换启动信号。 转换启动信号 上升 沿时,复位ADC0809;START下降沿时 沿时,复位 ; 下降沿时 启动芯片,开始进行A/D转换;在A/D转 转换; 启动芯片,开始进行 转换 转 换期间, 换期间,START应保持 低电平。本信号有 应保持 低电平。 时简写为ST. 时简写为
P17

转换程序如下: ORG 2000H SETB IT0 ;外中断请求信号为下跳沿触发方式 SETB EA ;总中断开放 SETB EX0 ;开外中断0 MOV DPTR,#7FFFH ;ADC0809口地址 MOV R0,#50H ;R0作存数缓冲器指针 MOV R1,#00H ;R1作通道数指针 MOV A,R1 ;从IN0路开始 MOVX @DPTR,A ;启动A/D转换 … … ;继续主程序,等待中断
P8
OE——输出允许信号。用于控制三态输出锁 输出允许信号。 输出允许信号 存器向单片机输出转换得到的数据。 存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0, , 输出数据线呈高阻;OE=1, 输出数据线呈高阻;OE=1,输出转换得到 的数据。 的数据。
P9
Vcc—— +5V电源。 电源。 电源 Vref——参考电源参考电压用来与输入的 参考电源参考电压用来与输入的 模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。 模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。 其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, 其典型值为 Vref(-)=-5V).

P16

转换开始时,EOC端降为低电平,当转换结束后,EOC升为高电平。 本电路用中断方式通知单片机转换已经结束。也可采用查询方式和 等待方式,但这两种方式单片机的利用率低。 对本接口电路可编出相应的程序。在主程序中要对

INT0
外部中断进行预置,然后启动ADC0809进行A/D转换。设由IN0路 开始,8路模拟量轮流输入。转换结束后,转入中断服务子程序,把 转换结果读入8031的累加器,并存入相应缓冲存储单元50H~57H, 再由主程序进行处理
P18

中断子程序:
ORG 0003H ;外中断0的入口地址 AJMP RDDAT ;转移至读入数据处 RDDAT: MOVX A,@DPTR ;读取A/D转换数据 MOV @R0 A ;存入缓冲器 @R0,A INC R0 ;增量缓冲器指针 INC R1; 指向下一通道 REP: MOV A,R1 ; MOVX @DPTR,A ;启动下一路转换 CJNE A,#07H,RMP0; 所有路都转换过吗? MOV R1,#00H; 是,重新从IN0路开始 SJMP REP REMP0: RETi ;否,中断返回
P10

输入通道选通地址表
P11

ALE是地址锁存选通信号,该信号上升沿把地址状 是地址锁存选通信号, 是地址锁存选通信号 态选通入地址锁存器。 态选通入地址锁存器。也可以作为开始转换的启动 信号

START为启动转换脉冲输入端,其上跳变复位转换 为启动转换脉冲输入端, 为启动转换脉冲输入端 器,下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。 下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。 端短接时, 当START与EOC端短接时,实现自动连续转换 与 端短接时
的前置放大器
P37
过程通道的抗干扰措施(10)

利用变压器或光电耦合器把各种模拟负载与数字信息源隔离开来, 光电耦合器能隔离干扰的原因 — 输入阻抗小:1k以下 — 干扰形式一般为大电压、小电流,而光电耦输入 发光管在电流状态下工作,故可被抑制 — 光耦在封闭状态下工作 — 输入回路与输出回路之间分布电容小,而绝缘电阻大
磁盘驱动器
微 型 计 算 机
接口 接口
接口
打印机
开关量输出
实时 时钟 通用外部设备
Байду номын сангаас
操作 台 接口 外部通道 检测及变送 控制对象
主机及操作台
微机控制系统组成框图
P2
ADC0809
8位AD转换器ADC0809 — 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器
— 转换时间100us, 总的不可调误差为±1LSB — 可直接与微机相连,不需另加接口逻辑 — 输入、输出引脚电平与TTL电路兼容 — 当模拟电压范围为0~5v时可使用单一的+5v电源 — 一般不需要调零和增益校准
P34

过程通道的抗干扰措施(7)

若常态干扰的变化速度与被测信号相当,则可采取 下述方法: — 从根本上消除产生常态干扰的原因,对测量仪表 进行良好的电磁屏蔽 — 利用数字滤波技术对已进入计算机的带有常态干 扰的数据进行处理
P35
过程通道的抗干扰措施(8)
共模干扰的抑制

为了衡量一个输入电路抑制干扰的能力,常用共模抑制
P33
过程通道的抗干扰措施(6)

当尖峰型常态干扰成为主要干扰源时,用双斜率 积分式A/D转换器可以削弱常态干扰的影响
(输入信号的平均值, 非瞬时值)

在常态干扰主要来自电磁感应的情况下,对被测 信号应尽可能早地进行前置放大,或者尽可能 早地完成A/D变换或采取隔离和屏蔽等措施 从选择逻辑器件入手,利用逻辑器件的特性来抑 制常态干扰
也就是把“模拟地”与“数字地”断开

P38
过程通道的抗干扰措施(11)

采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰 工作原理?
P39
过程通道的抗干扰措施(12)
P12

EOC为转换结束信号,从START信号上升沿开始经 个时钟 为转换结束信号, 信号上升沿开始经8个时钟 为转换结束信号 信号上升沿开始经 周期后由高电平变为低电平。 周期后由高电平变为低电平。该信号也可作为中断请求信号 由高电平变为低电平 CLK为时钟信号输入端,最高可达1280kHz 为时钟信号输入端,最高可达 为时钟信号输入端 REF(+) 和REF(-)为基准电压输入端,它们决定了输入模 为基准电压输入端, - 为基准电压输入端 拟电压的最大值和最小值。通常 和电源Vcc一起接 拟电压的最大值和最小值。通常REF(+)和电源 和电源 一起接 基准电压, 接地端GND 基准电压,REF(-)接地端 - 接地端
P28

◆ ◆ ◆ ◆
过程通道的抗干扰措施(2)
干扰的分类

不论什么样的干扰源,对计算机的干扰总是通
过传导和直接辐射两种途径进入计算机控制系统 的,其耦合的方式有静电耦合、互感耦合、共阻 抗耦合、电磁场辐射耦合等

按干扰的作用方式不同,可以分为常态和共态
干扰两种
P29
过程通道的抗干扰措施(3)

P19
模拟量输入通道的一般结构(AI) 模拟量输入通道的一般结构( )
滤波?、放大 滤波?、放大 ?、 ?
P20
设计模拟量输入通道应注意的问题: 设计模拟量输入通道应注意的问题:
1 2 3 4 模拟量输入通道数和数据吞吐率 分辨率和精度 每个通道的采样频率 信号修整要求
比例变换 。。。。
P21
作用在A/D输入端的干扰 作用在 输入端的干扰
P6
A、B、C——地址线。 通道端口选择线, 、 、 地址线。 地址线 通道端口选择线, A为低地址,C为高地址,引脚图中为 为低地址, 为高地址 为高地址, 为低地址 ADDA,ADDB和ADDC。 , 和 。 CLK——时钟信号。ADC0809的内部没 时钟信号。 时钟信号 的内部没 有时钟电路,所需时钟信号由外界提供, 有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因 此有时钟信号引脚。 此有时钟信号引脚。通常使用频率为 500KHz的时钟信号 的时钟信号
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