第3讲 22模拟量输入通道

六、单片机A/D转换软件编程 汇编语言编程如下：
;-------------------------------------循环至其他通道---------------------DJNZ R3,A2 SJMP A4 A2: MOV A,R3 ADD A,#08H MOV R3,A SJMP A1 ;-------------------------------------处理其他子程序-----------------------A4: RET ;------------------------------------保护现场，存储数据--------------INT0A: PUSH ACC MOV P2,#40H ;转换数据（P2.6=1,数据允许输出） MOV A,P1 ;数据送到累加器 MOV @R1,A INC R1 POP ACC RETI END
③ 转换精度取决于计数器的字长。 ④ 当输入模拟信号不稳定时，输出不稳定。
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3、双积分式A/D转换器结构原理
Ax 模拟量 a b 参考电压 时钟 控制逻辑
积分器 比较器
Vp
Leabharlann Baidu
t Ta D 数字输出 T1 T2
计数器
由控制逻辑部分将Ax接入，积分器进行固定时间Ta的与积 分，积分器输出值与模拟电压成正比。Ta时间到，控制逻辑将 极性相反的固定值的参考电压接入，其下降斜率是固定的，当 第二次积分到0为止，得到反向积分时间Ti。
IN0
IN7
X INH C B A
X INH C B A
+ －
A/D
IN8
IN15
0 A1 1 A2 2 A3 3 A4 A0
－
VIN
A1
＋
K VC
＋
A2
－
VOUT
三、采样保持器
采样时，k 闭合，VIN 通过A1对CH快速充电， VOUT跟随VIN；保持期间， k断开，由于A2的输入阻 抗很高，理想情况下VOUT =VC保持不变，采样保持 器一旦进入保持期，便应 立即启动A/D转换器，保 证A/D转换期间输入恒定。
D
Q
3 P2.5,4,3 为 /Q CLK 输入通道选择线
六、单片机A/D转换软件编程
中断处理 关中断 保持现场
读入数
中断方式程序流程图
存储
T0=1? Y 开中断
N
恢复现场
返回
六、单片机A/D转换软件编程 汇编语言编程如下：
ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0A ORG 0030H ;----------------------------------中断设置------------------------------SETB IT0 ;允许INT0中断 SETB EA ;中断总允许 SETB EX0 ;外部中断0允许 ;------------------------------各通道循环启动-------------------------MAIN: MOV R2,#08H ;设置循环次数 MOV R3,#80H ;P2.7=1(ALE, START有效） MOV R4,#80H ;设置延时时间 MOV R1,#50H ;数据存储首地址 A1: MOV A,R3 MOV P2,A ;先启动IN0通道 . 。。。。。。。。。。。;延时或其它功能程序执行
VSS
INH A
INH
0
0 … 0
C
B
A
X接通
0
0 … 1
0
0
0
1
X0
X1
B C
VEE
电平 转化
译码驱动电路
┅
X
X0
1
1
X7
X1
1
×
×
×
全不通
┇
X7
┇
二、多路转换器
多路转换器又称多路开关，多路开关的作用是用来将各 路被测信号依次地或随机地切换到公共放大器或A/D转换 上。可以有多片组合为更多的输入通道选择作用。
2、计数器式A/D转换器结构原理
Ax 比较器 C 时钟
首先清零加减计数器
比较Ax和Ad：
模拟量
Ad
加减计数器
D/A
数字输出 D
若Ax ＞ Ad ,则加计数； 若Ax ≤ Ad ,则减计数；
直到Ax ＝ Ad ，则停止计 数。
特点： ① 结构简单，价格便宜。
② 转换速度低随着Ax的增大，时间也增大。
tEOC tC
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7、12位A/D转换器
AGND REF OUT VCC CE
ADC574 R/ C A CS 12 / 8
0
VLOGIC
20VIN
14
5K
9
8
7
6
5
4
3
2
1
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
10VREF
控制逻辑
STS
DO11 DO10 DO 9 DO 8
CH
逻辑控制
图13 采样保持器的组成
OFFSET
2
R1
V1

V2

VIN
IN IN
3 8 7

A1
K

A2
5
VO


A3
R2
6 CH
图14 集成采样保持器LF398的原理图
四、A/D转换元件的结构和工作原理
1、A/D转换器类型 根据转换的原理可将A/D转换器分成两大类： 一类是直接型A/D转换器，输入的模拟电压被直接 转换成数字代码，不经任何中间变量； 另一类是间接型A/D转换器，首先把输入的模拟电 压转换成某种中间变量，然后再把这个中间变量转换 为数字代码输出。
第2章 过程输入输出接口
§2.2 模拟量输入通道及接口设计
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第2章 过程输入输出接口
在数据采集的过程中，经过各种传感器来获取数据， 传感器将各种温度、湿度、光照、压力和酸碱度等物 理信号或化学信号转换为电信号。 有些采集的信息还需要对电信号进行放大、去噪， 再经A/D转换后变成离散的数字信号送给单片机。
目前应用较广泛的主要有：逐次逼近式A/D转换器、 双积分式A/D转换器和V/F变换式A/D转换器
A/D转换器分类图
电荷再分配A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器 反馈比较型 直接A/D转换器 跟踪计数式A/D转换器 串联方式A/D转换器 非反馈比较型 A/D转换器 并联方式A/D转换器 串并联方式A/D转换器 单积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器 电压-------时间变换器 间接A/D转换器 四重积分型A/D转换器 五重积分型A/D转换器 脉宽调制积分型A/D转换器 电压--------频率变换型A/D转换器(V-F变换器)
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作业 P29页 2-8， 补1:设计一个用4片CD4051及A0-A4即5 条地址线组成的32路模拟转换开关的电路。 补2:设计8031与2片ADC0809连接的接 口电路，要求通道号地址选择为0-15。并写 出延时方式的程序。 (提示A3=0选一片，A3=1选一片 ADC0809) 33-33
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4、逐次逼近式A/D转换器结构原 U （ 模拟输入 ） 理 U
IN REF
A D/A
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
首先清零移位寄存器 令最高位=1 比较Ui和UIN
B Ui
比较器
数 据 输 出
若Ui＞UIN，则该位置0
若Ui≤UIN，则该位置1
输出锁存器 控制逻辑
01 1 0 移位寄存器 0 0 0 0 0 0 移位寄存器
DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
25 24 23 22
地址锁存 与译码器
256电阻阶梯
OE
11
VCC
13
GND
12
Vref+
16
Vref-
(2)、外部特性(引脚功能)
IN0～IN7：8路输入通道的模拟量输入端口。 D0～D7：8位数字量输出端。 路。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A/D转换启动信号，高电平有效。 EOC： A／D转换结束信号，低电平有效。 OE：数据输出允许信号，高电平有效。 CLK：时钟脉冲输入端。 REF（+）、REF（—）：参考电压端输入。 Vcc：电源，典型值+5V。 GND：模拟和数字地。
S 9 +5V 10K 10K 10K RST
P2.7为起动 和通道地址 12 P3.2 锁存
转换结 5 束标记
+5V 12 16
9013
0.02uF
51单片机
Ref(+) Ref(-)
18 19 6M
XTAL2 XTAL1
P26为数据 0.02uF 20 输出允许 GND
AD0809 5 6 74LS74
时钟 START EOC
然后令次高位=1，重 复比较， 直到所有位比较完成。
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5、A/D转换器主要性能指 标 1.分辨率：通常用转换器输出数字量的位数来表示。 2.精度：是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实 际值与理论值之间的差值 。 3.转换时间:完成一次A/D转换所需要的时间。 4.温度系数和增益系数：A/D转换器受环境温度影响 的程度。 5.对电源电压变化的抑制比：改变电源电压使数据发 生±1LSB变化范围 。 33-4
DO 7 DO 6 DO 5 DO 4 DO 3 DO 2 DO1 DO 0
DGND
10VIN
13
5K
3K
时钟 三态输
BIP OFF
REF IN
12 10
9.95K
+
COMP
SAR
出锁存 缓冲器
19.95K
VEE
I REF
I DAC
11 + DAC
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五、A/D转换元件的接口电路设计
10uF VCC P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 EA ALE P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 40 39 38 37 36 35 34 33 32 +5V 31 30 28 27 26 25 24 2 +5V 21 20 19 18 8 15 14 17 7 25 24 23 22 9 6 10 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 EOC ADDA ADDB ADDC ALE ENABLE START CLOCK IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 26 27 28 1 2 3 4
采集来的信号给单片机进行处理分析，数字滤波、 工程量变换等处理，以反映实际测量的数值，这也是单 片机系统检测部分的核心。
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2.2 模拟量输入通道
模拟量输入通道: 数据采集系统输入通道中的一种， 它的任务是把传感器转换后的电信号经过适当的调理， 然后转换成数字量输入计算机。 一、 模拟量输入通道的一般结构 单路模拟量输入通道结构图:
6、ADC0809介
绍
(1) 内 部 结 构
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
START
CLK
6 26 27 28 1 2 3 4 5
10 7
EOC
8 路 模 拟 开 关
控制电路 三 态 输 出 锁 存 器
比较器
SFR
树状开关
ADDA ADDB ADDC ALE
21 20 19 18 8 15 14 17
ADDA、ADDB、ADDC：用于选通8路模拟输入中的一
1/f
(3)、 ADC0809时序图
提供内部转换 工作时序 内部比较转换 转换数据输出 有效
tD
开始转换 地址有效
CLOCK START ALE
tWS tWE
通道选择
A,B,C 模拟量 输入 比较器内 部输入 OE EOC 输出
转换 结束 CPU读取数据 线的数据
传 感 器 信号 调理 电路
S/H A/D
微型 计算 机
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2.2 模拟量输入通道
一、 模拟量输入通道的一般结构
多路模拟量输入通道结构图:
采样 保持器
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二、多路转换器
多路转换器又称多路开关，多路开关的作用是用来将各 路被测信号依次地或随机地切换到公共放大器或A/D转换 上。 V
DD
表1 CD4051通道选择表