这种传感器是利用半导体二极管的PN结正向压降随温度升高而下降的特性制成的,传输特性为非线性,灵敏度约为一9ny/℃,测量温度范围为“40℃“们50℃,它的价格低,但需使用恒压源馈电。
第六章数摸转换原理 6.1分辨率与量化误差
A/D转换器的分辨率是指转换器所能感受到的模拟输入的最小变化值。通常定义为满刻度电压值与2%之比值。也可以用1L5D对应满量程的百分数来表示,或者用ppm来表示,1%=lo。ppm。例如ADC0809的位数为8位,则该转换器的输出数据可以用2‘个二进制数进行量化。如用百分数来表示,其分辨率为:
1/2“×loo%=1/2‘×loo%=o.39%
又如5G14433双积分A/D转换器,输出是为3位半BCD码的转换器1999,用百分数表示其分辨率为:
1/1999×l oo%=0.05%
实际上,无论是A/D转换器还是D/A转换器,当其位数确定以后,分辨率就已确定,分辨率只是一个设计参数,它不能提供有关精度和线性度的任何信息。依分辨率的高低,A/D转换器可分为三种类型:低分辨串为3—8位、中分辨率为9—12位、高分辨率为13位以上。一般分辨率越高,其价格也就越高。员化误差是由于A/D转换器的分辨率有限所引起的误差,其大小通常规定为土1/2LsB。因此,系统设计者必须选择具有足够分辨串的转换器,才能将这种“数字化的噪声”降低到可接受的值
6.2 梢度
A/D的转换精度是反映实际A/D转换器在量化值上与一个理想A/D转换器的差值,可表示成绝对误差和相对误差。绝对误差的大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。实际上对应于同一个数宁量输出,其模拟量输入并不是一个固定的值,而是有—个范围。绝对误差包括增益误差、零点误差和非线性误差等。相对误
差是指绝对误差与满到度值之比,一般用百分数(%来表示。对A/D转换器也常用ppm(百万分之一或最小有效位的当量LSB来表尔:1I‘SB=1/2“×满刻度值。
6.3 转投时间和转换速率
A/D转换器完成一次转换所需的时间叫转换时间。而转换速率是转换 时间的倒数。A/D转换器按转换速度可分为三类。
(1低速:以双积分转换方式多见,其转换时间较长,一般要大于40
一50ms。但由于双积分式A/D转换器外接器件少,使用十分方便,而且具有极高的性能价格比,因此在一些非快速的A/D转换通道中仍J‘泛使用,如用于智能仪器仪表等。
(2中速:转换方式多为逐次退近式等。逐次逼近式A/D转换器是目前种类最多、数星最大、应用最广的A/D转换器件。逐次逼近式A/D转换器又有单片集成与混合集成两种集成电路形式,后者的丰要性能指标均高于前者。这类器件的转换时间在1—200冲之间,常用的多在几微秒到几十微秒之间,如ADC0808/D809为100Ps.AD E 74A为25Fs等。它们常用于一般自动控制。
(3高速:转换方式为并行或串并行。转换时间员短的为全并行式A/D转换器.如用双极型或cM(〕s工艺制作的高速全并行式A/D转换器的转换时间为20一50ns。并行式A/D转换技术在实践L不易实现,所以长期以来并未获得实际使用。随着集成电路技术的发展,一些厂家已开始生产出单片集成化的低分辨车并行式A/D转换器。由于其组成复杂,价格昂贵,因此目前又出现了‘种串、并行A/D转换方案进行折衷,以简化电路,但
速度有所下降。
在选择A/D转换芯片时,除,L述几点应认真考虑外的要求、A/D的转换路数及电源的种类和功耗等。
6.4接口时注意的问题
一般而言,任何型号的A/D芯片都可以与微机(或单片机连接使用,但对设计者来说、应该掌握所选A/D电路的特点及性能技术指标,对不同的A/D转换器采用不同的接口电路。
在设计单片微机与A/D转换器的接口对,要注意掌握下述几点方法。 (1模拟端输入信号的连接 A/D转换器的模拟量
信号大都为标难信号o一5v或o一1Dv,但有些A/D转换器的输入极性除单极性外,也可以是双极性,用户可通过改变外接线路来改变量程,使用时注意查阅有关A/D转换器的使用手册。另外,在模拟输入通道中.除了单通道输入外,还有多通道输入方式。在微机系统中,多通道插入可采用两种方法.…是采用单路模拟输入的A/D芯片,在模拟量输入端加接多路开关;另一种是采用带有多路开关的A/D转换器。
(2输出数字量引脚的连接
A/D转换器数字量输出引脚与单片微机的连接方法与其内部结构有关。对于那些没有的出锁存器的A/D转换器来说,一般要通过锁存器或I/o
接口与单片机相连,常用的接口及锁存器有8155、8255b 8243、74L5273、74LS373等。当A/D转换器内部含出锁存器时,可直接与单片机相连。有时为了增加控制功能,也采用I/o接口连接。另外,根据位数的不同,A /D转换器与单片机数据总线的连接方法也不同。对于8位的A/D转换器,其数字始出可与8仗单片机数据总线直接相连,或者从某个I/O口(如PI n输入。但对于那些高于8位的A/D转换器,如10位、12位或16位等,其连接就不那么简单了,应该分步读出。在读取数字量时,通常用单片机的控制信号而和地址译码信号来控制由不同的地址信号来分步读取全部数
据。
(3A/D转换器的启动方式
无论选择什么样的A/D转换芯片,当其与微机连接好了之后,都必须由微机在片选信号选中的基础上,发出启动该芯片所需的信号。芯片不同,启动的方式也不同。有的需要电平触发,有的需要脉冲触发。
所谓电平触发就是在A/D转换器的启动引脚上加上一个要求的电平。当电平加上以后,A/D转换立刻开始,而且在转换过程中.必须保持这一
电平,否则将停止转换。在这种启动方式下,CPU控制必须通过寄存器保持一段时间,一般采用D触发器、锁存器或并行I/O接口等来实现。如AD570、AD571、AD572都属电平控制转换电路。脉冲启动转换芯片,只要在启动转换输入引脚加一个启动脉冲即可。如ADC0809\\AD574等都属于这一类芯片,一般用W/R及地址译码器的输出了i经过一定的逻辑电路进行控制。
(4判断A/D转换结束及读取数据
CPR发出启动信号后,A/D转换器开始转换,当转换结束时,A/D转换器芯片内含朗转换结束触发器置位,输出一个转换结束标志信号,通知单片机,A/D转换已完成,可以进行读数操作,单片微机判断A/D转换结束否通常有下列四种方法:
1.程序查询方式
将A/D转换器的转换结束信号经子龙门送到CPU的数据总线或I/O接口的某一位上,当单片机发出启动转换信号后,即开始查询A/D转换是否结束,没有结束则继续查询,直到有结束信号时,方可读取转换结果。采用这种方法的程序设计比较简单,且实时性也比较强、是单片机系统中应用较多的一种方法。
2.DDF方式
将A/D转换器的转换结束信号接至单片机的中断请求信号端,单片机发出启动转换信号后,继续执行主程序,当A/D转换结束时,向单片机提出中断申请.单片机响应中断后,在中断服务子程序中读取转换结果。这种方法能使A/D转换器与单片机
并行工作,因而大大节省了CPU的时间,常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统中。
3.软件延时方式
单片机向A/D发出启动转换信号后,即调用软件延时程序,延时时间的长短取决于A/D转换器完成转换所需要的时间,延时结束后方可读取转换结果。为了确保转换完成,一般将延时时间延长于A/D转换时间。这种方法可靠性比较高.不用增加硬件连线,但要占用CPU的大量时间,多用在CPU处理任务比较少的系统小。
4.等待方式
在A/D转换期间,设法产生一个等待信号,暂停CPU工作,使之处于等待状态。只有当A/D转换结束后,才使CPU继续工作,并读取转换结果。这种方法也不利于发挥CPU的效率。
A/D转换完成后,如何从A/D转换器读取数据,要根据A/D转换器的结构特点而定。若转换器的片内具有可控的三态门或接口逻辑时,A/D
的数据输出可直接挂到单片机的数据总线上,而无须附加逻辑接口电路,并在转换结束时,利用而信号(只要通过一条指令MOVX A,@DPTE,打开三态门,待数据读入CPU。对于片内输出寄存器无可控的三态门或接口逻辑的A/D转换器,则必须经I/o通道或输入缓冲电路才能与单片机连接。 (5参考电源的连接
A/D转换器中参考电源的作用是提供其内部D/A转换器的标准电源,它直接关系到A/D转换的精度,因而对该电源的要求比较高,一般要求由稳压电源供电。不同的A/D转换器,参考电源的提供方法也不样。通常8位A/D转换器采用外电源供电,如ADc0809、AD7574等。但对于精度要求比较高的12位A/D转换器,如AD574A、ADC80等,一般在A/D芯片内部设有精密参考电源,不必另外加电源。
在一些单、双极性均可使用的A/D转换器中,参考电平常常有两个引脚:VRAF+,和VRAF-根据模拟量输入信号的极性不同,这两个参考电源引脚的接法也不同。若
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