第十章 数据采集系统及其应用
概述现实的对象参数多为模拟信号：
温度压力流量速度语音图象生物雷达气象利用计算机进行信息处理，
必须将其转成数字信号。
第十章 数据采集系统及其应用
1.数据采集系统的组成信息源传感器前置放大隔离多路开关信号调制器采样保持器
A/D
变换器输出缓存器第十章 数据采集系统及其应用
1.数据采集系统的组成
– 传感器,把各种物理量转成数字量的器件,
– 多路模拟开关,多输入单输出,单输入多输出
– 信号协调器,整理信号
– 采样保持电路,采样时,保持输入信号不变,
– A/D变换,将信号幅值量化,完成 A/D转换第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.1概述
计算机处理的只能是数字量,因此,要经过转换
分两步,
计算机发控制信息,要经过 D/A转换传给控制系统
D/A是 A/D的逆变换,
模拟量,信号是连续变化的数字量,信号是离散变化的采样,得到离散脉冲序列
A/D转换,得到离散数字信号第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.1概述
– 一个实时的控制系统控制对象传感器执行部件运放 A/D
计算机系统功放 D/A
模拟量 数字量数字量模拟量第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
1）运算放大器
-
+
Vi
Vo
Ii
Ri Ro
虚地
I i=Ui / Ri
Uo=-Ro Ii=-RoUi / Ri
Uo=-∑InRo
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
2） 数 /模转换原理
-
+
VREF
Vo
Ro
虚地
D0D1D2D3
R 2R 4R 8R
Vo=DVREF
D=a12 +a22 +~+an2
Vo=∑ai/2 VREF
基准电压
-1 -2 -n
i
其中,D﹤ 1
a=1或 0
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
2） 数 /模转换原理
设输入端有 4个支路，从开关全部断开到全部闭合，运放可得到 16种不同的电流输入。若由数字
0000每次增 1，一直到 1111，则可得到一个阶梯波电压。
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
– 2） 数 /模转换原理分辨率 = 1
2 -1n
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
2.3模 /数转换器工作原理
在 A/D转换中，要完成 采样，量化和编码 3个步骤。
1）采样
f(t) fs(t)
s(t) t
s(t)
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
1）采样
f(t) fs(t)
s(t) t
s(t)
t t
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
2） 量化 —— 以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量通过量化装置转变为数值上离散的阶越量的过程。
量化装置
X(t) y(t)
X(t)
y(t)
0
a
2a
3a
4a
5a
a 2a 3a 4a 5a
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
-
+Vi
D/A转换器逐次逼近寄存器
SAR
时钟脉冲数字输出
VF
比较器第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
设要实现 8位 A/D转换，待转的一个模拟电压相当于数据量 121，则逐次逼近过程如下：
第十章 数据采集系统及其应用
设定试探值 比较后的状态和修改方法 和
10000000
01000000
01100000
太大,D7改位 0
太小,D6保持 1
太小,D5保持 1
0
64
96
01110000
01111000
01111100
01111010
01111001
太小,D4保持 1
太小,D3保持 1
太大,D2改位 0
太大,D1改位 0
正好,D0保持 1
112
120
124
122
121
第十章 数据采集系统及其应用
程序如下
START,XOR AX,AX
MOV BL,80H
MOV CX,08H
AGAIN,ADD AL,BL
MOV BH,AL
OUT PORTA,AL
IN AL,PORTS
AND AL,01
JZ END1
MOV BH,AL
AND AL,BH
MOV BH,AL
END1,FOR BL,1
MOV AL,BH
LOOP AGAIN
第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.1ADC0809（ 8位）
8路模拟开关及地址锁存与译码
8位 A/D转换三态输出锁存器转换器，比较器逐次逼近寄存器控制器，时序第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.2AD574A（ 12位）
特点集成了时钟和基准电压电路快速逐次逼近转换方式直接与 8位或 16位 CPU接口输出一次读出 12位数据，或按 2个 8位读取第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计与CP
U
接口控制信号的产生与总线的连接考虑问题
A/D数字输出特性
A/D转换时间
A/D分辨率和 CPU数据总线位数
A/D的控制和状态信号第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D数字输出特性：锁存，三态能力第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D和 CPU间的时间配合
1）固定延时等待
2）保持等待
3）中断响应
4）查询法
5）双重缓冲法第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
中断响应法程序流程主程序启动转换延迟开中断继续执行主程序继续执行主程序返回处理数据从 DAC读取数据响应中断第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D分辨率和 CPU数据总线位数
A/D的控制和状态信号启动信号 START，
转换结束信号 EOC或 READY或 BUSY
输出允许信号 OUT PUT ENABLE
第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.2AD574A（ 12位）
D 高 4位低 4位
R/C
CE
CS
A0
RD
WR
IORQ
A 译码器
CPU AD574
第十章 数据采集系统及其应用
3.2AD574A（ 12位）
用固定延时等待法连续采集 50个数据的程序
设片选地址为 80H或 81H,80H使 A0位为 0，启动 12位转换。转换时间最长为 25us，启动后延时 28us再读取数据。为更加可靠，在延时程序后，再加一条 NOP指令，延时达 30us为万无一失。取数时，用 80us取高 8位，
用 81H取低 4位。
第十章 数据采集系统及其应用
用固定延时等待法连续采集 50个数据的程序
ORG 2000H
LD HL
LD B,50
OUT (80H),A
LD C,0
ZNC C
LD A,C
CP 2NZ,DELAY
JR NZ,DELAY
IN A,(80H)
LD (HL),A
INC HL
IN A,81H
LD (HL),A
INC HL
DJNZ LOOP
DS 100
LOOP:
DELAY:
DATD:
第十章 数据采集系统及其应用
4.D/A转换器及其应用
4.1DAC0832
分辨率 8位转换时间 1 us
内部有两级输入锁存器，三种工作方式。
8位输入寄存器
8位
DAC
寄存器
8位
DA
转换器第十章 数据采集系统及其应用
4.D/A转换器及其应用
4.2DAC1210
分辨率 12位转换时间 1 us
12位数据输入由两次写入操作完成。
8位输入寄存器 12位
DAC
寄存器
12位
DA
转换器4位输入寄存器第十章 数据采集系统及其应用
小结：
1.数据采集系统的组成，各部分作用
2.数 /模转换原理
3.模 /数转换器工作原理
概述现实的对象参数多为模拟信号：
温度压力流量速度语音图象生物雷达气象利用计算机进行信息处理，
必须将其转成数字信号。
第十章 数据采集系统及其应用
1.数据采集系统的组成信息源传感器前置放大隔离多路开关信号调制器采样保持器
A/D
变换器输出缓存器第十章 数据采集系统及其应用
1.数据采集系统的组成
– 传感器,把各种物理量转成数字量的器件,
– 多路模拟开关,多输入单输出,单输入多输出
– 信号协调器,整理信号
– 采样保持电路,采样时,保持输入信号不变,
– A/D变换,将信号幅值量化,完成 A/D转换第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.1概述
计算机处理的只能是数字量,因此,要经过转换
分两步,
计算机发控制信息,要经过 D/A转换传给控制系统
D/A是 A/D的逆变换,
模拟量,信号是连续变化的数字量,信号是离散变化的采样,得到离散脉冲序列
A/D转换,得到离散数字信号第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.1概述
– 一个实时的控制系统控制对象传感器执行部件运放 A/D
计算机系统功放 D/A
模拟量 数字量数字量模拟量第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
1）运算放大器
-
+
Vi
Vo
Ii
Ri Ro
虚地
I i=Ui / Ri
Uo=-Ro Ii=-RoUi / Ri
Uo=-∑InRo
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
2） 数 /模转换原理
-
+
VREF
Vo
Ro
虚地
D0D1D2D3
R 2R 4R 8R
Vo=DVREF
D=a12 +a22 +~+an2
Vo=∑ai/2 VREF
基准电压
-1 -2 -n
i
其中,D﹤ 1
a=1或 0
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
2） 数 /模转换原理
设输入端有 4个支路，从开关全部断开到全部闭合，运放可得到 16种不同的电流输入。若由数字
0000每次增 1，一直到 1111，则可得到一个阶梯波电压。
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
– 2.2数 /模转换器工作原理
– 2） 数 /模转换原理分辨率 = 1
2 -1n
第十章 数据采集系统及其应用
2.A/D和 D/A转换
2.3模 /数转换器工作原理
在 A/D转换中，要完成 采样，量化和编码 3个步骤。
1）采样
f(t) fs(t)
s(t) t
s(t)
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
1）采样
f(t) fs(t)
s(t) t
s(t)
t t
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
2） 量化 —— 以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量通过量化装置转变为数值上离散的阶越量的过程。
量化装置
X(t) y(t)
X(t)
y(t)
0
a
2a
3a
4a
5a
a 2a 3a 4a 5a
第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
-
+Vi
D/A转换器逐次逼近寄存器
SAR
时钟脉冲数字输出
VF
比较器第十章 数据采集系统及其应用
2.3模 /数转换器工作原理
设要实现 8位 A/D转换，待转的一个模拟电压相当于数据量 121，则逐次逼近过程如下：
第十章 数据采集系统及其应用
设定试探值 比较后的状态和修改方法 和
10000000
01000000
01100000
太大,D7改位 0
太小,D6保持 1
太小,D5保持 1
0
64
96
01110000
01111000
01111100
01111010
01111001
太小,D4保持 1
太小,D3保持 1
太大,D2改位 0
太大,D1改位 0
正好,D0保持 1
112
120
124
122
121
第十章 数据采集系统及其应用
程序如下
START,XOR AX,AX
MOV BL,80H
MOV CX,08H
AGAIN,ADD AL,BL
MOV BH,AL
OUT PORTA,AL
IN AL,PORTS
AND AL,01
JZ END1
MOV BH,AL
AND AL,BH
MOV BH,AL
END1,FOR BL,1
MOV AL,BH
LOOP AGAIN
第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.1ADC0809（ 8位）
8路模拟开关及地址锁存与译码
8位 A/D转换三态输出锁存器转换器，比较器逐次逼近寄存器控制器，时序第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.2AD574A（ 12位）
特点集成了时钟和基准电压电路快速逐次逼近转换方式直接与 8位或 16位 CPU接口输出一次读出 12位数据，或按 2个 8位读取第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计与CP
U
接口控制信号的产生与总线的连接考虑问题
A/D数字输出特性
A/D转换时间
A/D分辨率和 CPU数据总线位数
A/D的控制和状态信号第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D数字输出特性：锁存，三态能力第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D和 CPU间的时间配合
1）固定延时等待
2）保持等待
3）中断响应
4）查询法
5）双重缓冲法第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
中断响应法程序流程主程序启动转换延迟开中断继续执行主程序继续执行主程序返回处理数据从 DAC读取数据响应中断第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计考虑问题
A/D分辨率和 CPU数据总线位数
A/D的控制和状态信号启动信号 START，
转换结束信号 EOC或 READY或 BUSY
输出允许信号 OUT PUT ENABLE
第十章 数据采集系统及其应用
3.A/D接口电路设计
3.2AD574A（ 12位）
D 高 4位低 4位
R/C
CE
CS
A0
RD
WR
IORQ
A 译码器
CPU AD574
第十章 数据采集系统及其应用
3.2AD574A（ 12位）
用固定延时等待法连续采集 50个数据的程序
设片选地址为 80H或 81H,80H使 A0位为 0，启动 12位转换。转换时间最长为 25us，启动后延时 28us再读取数据。为更加可靠，在延时程序后，再加一条 NOP指令，延时达 30us为万无一失。取数时，用 80us取高 8位，
用 81H取低 4位。
第十章 数据采集系统及其应用
用固定延时等待法连续采集 50个数据的程序
ORG 2000H
LD HL
LD B,50
OUT (80H),A
LD C,0
ZNC C
LD A,C
CP 2NZ,DELAY
JR NZ,DELAY
IN A,(80H)
LD (HL),A
INC HL
IN A,81H
LD (HL),A
INC HL
DJNZ LOOP
DS 100
LOOP:
DELAY:
DATD:
第十章 数据采集系统及其应用
4.D/A转换器及其应用
4.1DAC0832
分辨率 8位转换时间 1 us
内部有两级输入锁存器，三种工作方式。
8位输入寄存器
8位
DAC
寄存器
8位
DA
转换器第十章 数据采集系统及其应用
4.D/A转换器及其应用
4.2DAC1210
分辨率 12位转换时间 1 us
12位数据输入由两次写入操作完成。
8位输入寄存器 12位
DAC
寄存器
12位
DA
转换器4位输入寄存器第十章 数据采集系统及其应用
小结：
1.数据采集系统的组成，各部分作用
2.数 /模转换原理
3.模 /数转换器工作原理
