过程通道和数据采集系统之三

第三章过程通道和数据采集系统之三杨根科上海交通大学自动化系2007年3月内容提要概述模拟量输入通道D/A与A/D转换技术----之二数据采集系统模拟量输出通道过程通道的抗干扰措施小结概述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）微机控制系统组成框图3D/A与A/D转换技术（11）常用A/D转换方式：◆逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）ADC0809（8位），AD574（12位）◆双斜率积分式：转换时间长，抗扰性好（积分）MC14433（11位），ICL7135（14位）◆计数－比较式：转换速度慢，抗扰性差，较少采用3.2单片A/D转换器及其与微处理器的接口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单片A/D转换器及其与微处理器的接口（2）◆ADC0809引脚结构：采用双列直插式封装，共有28条引脚—8条模拟量输入通道—地址输入和控制线4条—数字量输出及控制线11条—电源线及其他：5条IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccADDCADC08091109876543220141516171819131211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEADDAADDBIN0IN1IN22827262524232221单片A/D转换器及其与微处理器的接口（3）◆是转换后的二进制输出端，它们受输出允许信号OE的控制：OE＝0，呈高阻态；OE＝1，输出转换后的数据◆A、B、C是三个采样地址输入端，它们的8种组合用来选择8个模拟量输入通道中的一个通道并进行转换07~DD07~DD07~ININ单片A/D转换器及其与微处理器的接口（4）◆输入通道选通地址表单片A/D转换器及其与微处理器的接口（5）◆ALE是地址锁存选通信号，该信号上升沿把地址状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，其上跳变复位转换器，下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。当START与EOC端短接时，实现自动连续转换单片A/D转换器及其与微处理器的接口（6）◆EOC为转换结束信号，从START信号上升沿开始经8个时钟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◆CLK为时钟信号输入端，最高可达1280kHz◆REF(+)和REF(－)为基准电压输入端，它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值。通常REF(+)和电源Vcc一起接基准电压，REF(－)接地端GND单片A/D转换器及其与微处理器的接口（8）◆转换时序单片A/D转换器及其与微处理器的接口（9）MCS-51系列单片机和ADC0809的接口单片A/D转换器及其与微处理器的接口（10）◆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◆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7FFFH07~DD单片A/D转换器及其与微处理器的接口（11）◆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INT0单片A/D转换器及其与微处理器的接口（12）◆转换程序如下：ORG2000HSETBIT0；外中断请求信号为下跳沿触发方式SETBEA；总中断开放SETBEX0；开外中断0MOVDPTR，#7FFFH；ADC0809口地址MOVR0，#50H；R0作存数缓冲器指针MOVR1，#00H；R1作通道数指针MOVA，R1；从IN0路开始MOVX@DPTR，A；启动A/D转换……；继续主程序，等待中断单片A/D转换器及其与微处理器的接口（13）◆中断子程序：ORG0003H；外中断0的入口地址AJMPRDDAT；转移至读入数据处RDDAT：MOVXA，@DPTR；读取A/D转换数据MOV@R0，A；存入缓冲器INCR0；增量缓冲器指针INCR1；指向下一通道REP：MOVA，R1；MOVX@DPTR，A；启动下一路转换CJNEA，#07H，RMP0；所有路都转换过吗？MOVR1，#00H；是，重新从IN0路开始SJMPREPREMP0：RETi；否，中断返回单片A/D转换器及其与微处理器的接口（14）12位A/D转换器AD574—单通道12位逐次逼近A/D转换器—转换时间25us(0809:100us),误差±1/2LSB(0809:1LSB)，单极性或双极性输入，量程10V或20V—内部集成有转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器，因此可直接和微机接口，不需要外接时钟电路—AD574的数字量的位数可以设定为8位，也可设定为12位单片A/D转换器及其与微处理器的接口（15）AD574引脚结构：28脚双列直插式封装单片A/D转换器及其与微处理器的接口（16）◆单、双极性应用：单极性时BIPOFF接0V，双极性时BIPOFF接10V单片A/D转换器及其与微处理器的接口（17）◆转换结果输出：－引脚12/8=1：D11-D0并行输出；－引脚12/8=0：D11-D8和D7-D0分时输出；◆转换进行：STS为高电平◆转换结束：STS从高电平转为低电平单片A/D转换器及其与微处理器的接口（18）◆控制逻辑CECSR/C12/8A0操作功能100X0启动12位转换10001启动8位转换1011X输出12位数字10100输出高8位数字10101输出低4位数字0XXXX无操作X1XXX无操作单片A/D转换器及其与微处理器的接口（19）◆转换时序：启动单片A/D转换器及其与微处理器的接口（20）◆转换时序：读单片A/D转换器及其与微处理器的接口（21）8031与AD574的接口....P0.7P0.0EAALEWRRDP1.03239313016171803174LS373D7D0Q0Q774LS00&123181714131516191282569347333435363738111115121013271426252021222324191617281826543978-15V+15V±±模拟输入+5V增益补偿100ΩΩ100D10D9D8D0D1D2D3D4D5D6D7D11CESTS12/8A0CSR/C10VINBIFOFFREFOUTREFINAGNDDGNDVssVcc20VINVL..AD574.........单片A/D转换器及其与微处理器的接口（22）◆、、的状态由地址锁存器74LS373锁存◆单片机的读写信号、相与非后送入CE◆直接接地，使输出变换结果格式采用分高8位低4位两次读取的方法◆STS接单片机的一条静态端口线，单片机采用查询的方法，待STS为低后再读A/D变换结果◆编写程序，使AD574进行12位A/D转换，并把转换后的12位数字量存入内部20H和21H单元。设20H单元存放高8位，21H单元存放低4位CS0ACR/RDWR8/12单片A/D转换器及其与微处理器的接口（23）◆程序如下：ORG0000HMOVR0，#20H；数据区首址MOVDPTR，#0FF7CHMOVX@DPTR，A；启动A/D转换LOOP：JBP1.0，LOOP；转换是否结束，未结束，等待MOVDPTR，#0FF7DHMOVXA，@DPTR；读高8位数据MOV@R0，A；存高8位数据INCDPTRINCDPTRMOVXA，@DPTR；读低4位数据ANLA，#0FH；屏蔽高4位随机数INCR0MOV@R0，A；存低4位数据END内容回顾单片A/D转换器及其与微处理器的接口8位AD转换器ADC080912位A/D转换器AD574