测控接口技术概要.ppt

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1、单片机系统中主要的应用领域是在实时测控、智能化仪表以及自动控制等方面，而在这些应用系统除数字量之外还会遇到另一种物理量，即模拟量。例如：温度、速度、电压、电流、压力等，它们都是连续变化的物理量。由于单片机只能处理数字量，因此在单片机系统中检测的信号为模拟量的就需要将模拟量转换为数字量输入，这样单片机才能对其进行处理。然后再将处理结果的数字量转换为模拟量输出，实现对被控对象（过程或仪器仪表机电设备、装置）的控制。因此就出现了单片机的数/模（D/A）和模/数（A/D）转换的接口问题。第4章测控接口技术第4章测控接口技术A/D转换接口与应用D/A转换接口与应用A/D转换接口与应

2、用A/D转换器概述A/D转换器的选择常用A/D转换器接口芯片ADC0809实践与思考实现模拟量变换为数字量的器件称为模数转换器（ADC）简称A/D转换器。A/D转换器在单片机控制系统中主要用于数据采集，向单片机提供被控对象的各种实时参数。A/D转换器概述A/D转换器分类A/D转换器的基本原理A/D转换器的主要技术指标A/D转换器分类双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜；但转换速度较慢，因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。逐次逼近式A/D转换器，转换速度较快、精度较高，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。压频变换式（V/F）A/D转换器

3、的电路简单，对外围器件要求不高，适应环境能力强，转换速度可与双积分式A/D相比，且价格低。双积分式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器压频变换式A/D转换器A/D转换器的基本原理双积分式A/D转换器的工作原理逐次逼近式A/D转换器的工作原理压频（V/F）变换式A/D转换器原理工作原理框图如下：开始积分输出固定积分时间T1tT2斜率固定BABUIN控制逻辑A计数器标准电压时钟开关模拟输积分器比较器入电压双积分式A/D转换器原理双积分式A/D转换器原理在转换开始信号控制下，开关接通模拟输入端，输入的模拟电压VIN在固定时间T内对积分器上的电容C充电（正向积分），时间一到，控制逻

4、辑将开关切换到与VIN极性相反的基准电源上，此时电容C开始放电（反向积分），同时计数器开始计数。当比较器判定电容C放电完毕时就输出信号，由控制逻辑停止计数器的计数，并发出转换结束信号。由图所示的积分器波形可以看出：反向积分的斜率是固定的，VIN越大，积分器的输出电压就越大，反向积分时间就越长。计数器在反向积分时间内的计数值就是输入电压VIN在时间T内的平均值对应的数字量。由于这种A/D要经历正、反两次积分，故转换速度较慢。常用的双积分A/D转换集成电路有MC14433、ICL7135等。逐位逼近式A/D转换原理工作原理框图如下：逐位逼近式A/D转换原理控制逻辑先置1结果寄

5、存器最高位Dn1，然后经D/A转换得到一个占整个量程1/2的模拟电压VS，比较器将VS和模拟输入量VX比较，若VX＞VS则保留Dn1（为1），否则Dn-1清零位。然后控制逻辑置1结果寄存器次高位Dn2，连同Dn1一起送D/A转换，得到的VS再和VX比较，以决定Dn2位保留为1还是清零，依次类推。最后D0连同前面的Dn1，Dn2，…D1一起送D/A转换，转换得到的结果VS和VX比较，决定D0保留为1还是清零。至此，结果寄存器的状态便是与输入的模拟量VX对应的数字量。常用逐次逼近式A/D器件有ADC0809、ADC0816、ADC1210、AD574等。压频（V

6、/F）变换式A/D转换器原理工作原理框图如下：同时启动计数器与定时器，计数器将V/F输出的频率信号作为计数脉冲，定时器用基准频率作为定时脉冲，当定时结束时，定时器输出信号使计数器停止计数，这样计数器的计数值与频率之间的关系为f=D/T式中：D是计数值，T是计数时间，只要知道计数值D及计数时间T就能算出频率f，并根据频率计算出模拟电压。A/D转换器的主要技术指标（1）分辨率：即输出的数字量变化一个LSB（数字量的最低有效位）值的输入模拟量的变化值。（2）量程误差：即输出全为1时输入的电压与理想输入量之差。（3）转换速率：完成一次A/D采样的时间。（4）转换精度：实际A/D结

7、果与理想值之差。（5）与CPU之间的接口方式：有并行接口方式和串行接口方式。A/D转换器的选择1.A/D转换器转换位数的确定A/D转换器转换位数的确定与整个测量系统所要测量控制的范围和精度有关，但又不能唯一确定系统的精度。2.A/D转换器转换速率的确定通常积分型、电荷平衡型和跟踪比较型A/D转换器转换速度较慢，转换时间从几毫秒到几十毫秒不等，只能构成低速A/D转换器，一般用于对缓慢变化参量的检测和控制。逐次逼近式A/D转换器的转换时间可以从几s到100s左右，属于中速A/D转换器，常用于工业多通道单片机控制系统和声频数字转