第4章智能仪器的数据采集系统设计0501LAST详解.pptVIP

第4章智能仪器数据采集系统设计 在智能仪器的信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合 数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有仪用放大器、程控增益放大器以及隔离放大器等。 二、 仪用放大器 八通道双向多路开关CD4051 CD4051的真值表 多路开关的扩展 4.5 采样保持电路 4.6 A/D转换器及接口设计 A/D转换器——ADC(Analog-Digital Converter) A/D转换器：是指将模拟量转换为数字量的器件， 这个模拟量泛指电压、电阻、电流、 时间等参量，但在一般情况下，模拟 量是指电压。 A/D转换器常用的几项技术指标： A/D转换器的分类： A/D转换器常用的几项技术指标 1、分辨率与量化误差 2、转换精度 3、转换速率 4、满刻度范围 量化误差是由于ADC有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）而引起的误差，其大小理论上为一个LSB。 量化误差和分辨率是统一的， 提高分辨率可以减小量化误差 2、转换精度 转换精度反映了一个实际ADC与一个理想ADC在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。由于理想ADC也存在着量化误差，因此实际ADC转换精度所对应的误差指标是不包括量化误差在内的。 偏移误差 偏移误差：指输出为零时，输入不为零的值，所以有时又称零点误差。 偏移误差通常由放大器的偏移电压或偏移电流引起，一般可在ADC的外部加接调节电位器，将偏移误差调至最小。 满刻度误差 满刻度误差：又称增益误差，指ADC满刻度时输出的代码所对应的实际输入电压值与理想输入电压值之差。 满刻度误差一般是由参考电压、放大器的放大倍数、电阻网络误差等引起。满刻度误差也可通过外部电路来修正。 非线性误差 非线性误差:指实际转移函数与理想直线的最大偏移。 注非线性误差不包括量化误差、偏移误差和满刻度误差。 微分非线性误差 微分非线性误差：是指转换器实际阶梯电压与理想阶梯电压之间的差值。 转换速率是指ADC在每秒钟内所能完成的转换次数。这个指标也可表述为转换时间，即A/D转换从启动转换到转换结束得到稳定的数字量输出所需的时间，二者互为倒数。 例如：A/D转换器的转换速率为5MHz，则其转换时间为200ns。 常见有超高速（转换时间1ns）、高速（转换时间1μs）、中速（转换时间1ms）和低速（转换时间1s)等。 4.满刻度范围 满刻度范围是指ADC所允许输入电压范围。如（0~5V），（0~10V），（-5V~+5V）。 满刻度值只是个名义值，实际的ADC的最大输入值总比满刻度值小1/2n。这是因为0值也是2n个转换器状态中的一个。 例如8位ADC，其满刻度值为10V，而实际允许的最大输入电压值为 255/256×10=9.96V。 A/D转换器的分类 逐次逼近式ADC转换时间与转换精度比较适中，转换时间一般在μs级，转换精度一般在0.1%上下。他们被广泛应用于中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统等领域中。这类器件与双积分式A/D转换器相比抗干扰能力较差，价格也较高。 积分式ADC核心部件是积分器，因此速度慢通常低于20次/s，其转换时间一般在ms级或更长，但抗干扰性能强，转换精度可达0.01%或更高。广泛应用于各类数字仪表（如数字万用表、高精度电压表）和低速数据采集系统中。 并行式ADC 并行式又称闪烁式（瞬时比较编码式A/D转换器），由于采用并行比较，因而转换速率可以达到很高，其转换时间可达ns级，但抗干扰性较差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位。这类ADC可用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器中，并且在数字通信技术和高速数据采集技术中得到了重视和应用。 5.6.2 逐次比较式A/D转换器与微型计算机接口 一、逐次逼近式A/D原理概述 二、ADC0809芯片及其接口 二、ADC0809芯片及其接口 ADC0809是8位逐次逼近式A／D转换器，具有8个模拟量输入通道，它能分时的对8路模拟量信号进行A/D转换，结果为8位二进制数。 最大不可调误差小于±1LSB，典型时钟频率为640kHz，每一通道的转换约需66~73个时钟周期，因此转换时间约为100μs。ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为10～1280kHz。 1. ADC0809的引脚及结构 2. ADC0809的时序 3. ADC0809与8051的接口及程序设计 ADC0809的内部结构逻辑图 实现A/D转换的控制方式 程序查询方式 程序查询方式就是首先由微处理器向ADC发出启动信号，然后读入转换结束信号，查