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2、国AD公司的ADC产品就有几十个系列、近百种型号之多.从性能上讲，它们有的精度高、速度快,有的则价格低廉.从功能上讲，有的不仅具有A/D转换的基本功能,还包括内部放大器和三态输出锁存器；有的甚至还包括多路开关、采样保持器等，已发展为一个单片的小型数据采集系统。尽管ADC芯片的品种、型号很多，其内部功能强弱、转换速度快慢、转换精度高低有很大差别，但从用户最关心的外特性看，无论哪种芯片，都必不可少地要包括以下四种基本信号引脚端:模拟信号输入端（单极性或双极性);数字量输出端（并行或串行）；转换启动信号输入端；转换结束信号输出端。除此之外,各种不同型号的芯片可能还会有一些其他各不相同的控制信号端.选

3、用ADC芯片时,除了必须考虑各种技术要求外，通常还需了解芯片以下两方面的特性.（1）数字输出的方式是否有可控三态输出。有可控三态输出的ADC芯片允许输出线与微机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后利用读数信号选通三态门，将转换结果送上总线。没有可控三态输出（包括内部根本没有输出三态门和虽有三态门、但外部不可控两种情况)的ADC芯片则不允许数据输出线与系统的数据总线直接相连,而必须通过I/O接口与MPU交换信息。（2）启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平控制式.对脉冲启动转换的ADC芯片，只要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。一般能和MPU配套使用

4、的芯片，MPU的I/O写脉冲都能满足ADC芯片对启动脉冲的要求。对电平启动转换的ADC芯片，在转换过程中启动信号必须保持规定的电平不变，否则，如中途撤消规定的电平，就会停止转换而可能得到错误的结果.为此，必须用D触发器或可编程并行I/O接口芯片的某一位来锁存这个电平，或用单稳等电路来对启动信号进行定时变换。具有上述两种数字输出方式和两种启动转换控制方式的ADC芯片都不少，在实际使用芯片时要特别注意看清芯片说明。下面介绍两种常用芯片的性能和使用方法.1。 ADC 0808/0809ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外（前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是C

5、MOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑,因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换,在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛.1） 主要技术指标和特性（1）分辨率: 8位。(2）总的不可调误差： ADC0808为LSB，ADC 0809为1LSB.（3)转换时间: 取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128s。（4）单一电源： +5V。（5）模拟输入电压范围: 单极性05V；双极性5V，10V（需外加一定电路)。（6)具有可控三态输出缓存器。（7)启

6、动转换控制为脉冲式(正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零,下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。2) 内部结构和外部引脚ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图11.19和图11.20所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下： 图11。19 ADC0808/0809内部结构框图（1）IN0IN7-8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。(2）D7D0A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接.8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）

7、ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表11。3所示。(4）VR（+)、VR（-）-正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR（+)=5V，VR(-）=0V；双极性输入时,VR(+)、VR(-）分别接正、负极性的参考电压。图11。20 ADC0808/0809外部引脚图表11。3 地址信号与选中通道的关系地 址选中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7（5）ALE-地址锁存允许信号，高电平有效。当此信

8、号有效时,A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。（6)STARTA/D转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。(7）EOC-转换结束信号，高电平有效.该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平.该信号可作为被CPU查询的状态信号,也可作为对CPU的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端,但在刚加电时需由外

9、电路第一次启动。（8）OE输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。3） 工作时序与使用说明ADC 0808/0809的工作时序如图11.21所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存,这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时)出现.START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定），EOC信号将变低电平,以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平.微处理器收到变为高电平的E

10、OC信号后，便立即送出OE信号,打开三态门,读取转换结果。图11.21 ADC 0808/0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换过程中进行），然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成（因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时,输入通道的选择可有两种方法,一种是通过地址总线选择,一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此,最好利用EOC上升沿产生中断请求,而不是靠高

11、电平产生中断请求。2。 AD574AAD574A是美国AD公司的产品，是目前国际市场上较先进的、价格低廉、应用较广的混合集成12位逐次逼近式ADC芯片.它分6个等级，即AD574AJ、AK、AL、AS、AT、AU，前三种使用温度范围为0+70，后三种为55+125。它们除线性度及其他某些特性因等级不同而异外，主要性能指标和工作特点是相同的。1) 主要技术指标和特性(1）非线性误差： 1LSB或LSB(因等级不同而异）。（2）电压输入范围： 单极性0+10V，0+20V,双极性5V,10V。（3）转换时间： 35s。(4）供电电源： +5V，15V。（5）启动转换方式： 由多个信号联合控制，属脉

12、冲式。（6）输出方式： 具有多路方式的可控三态输出缓存器。（7）无需外加时钟。（8）片内有基准电压源。可外加VR,也可通过将VO（R)与Vi（R）相连而自己提供VR.内部提供的VR为(10.000.1)V(max)，可供外部使用，其最大输出电流为1.5mA；（9)可进行12位或8位转换。12位输出可一次完成，也可两次完成（先高8位，后低4位）.2) 内部结构与引脚功能AD574A的内部结构与外部引脚如图11.22所示。从图可见，它由两片大规模集成电路混合而成： 一片为以D/A转换器AD565和10V基准源为主的模拟片，一片为集成了逐次逼近寄存器SAR和转换控制电路、时钟电路、三态输出缓冲器电路

13、和高分辨率比较器的数字片，其中12位三态输出缓冲器分成独立的A、B、C三段,每段4位，目的是便于与各种字长微处理器的数据总线直接相连。AD574A为28引脚双列直插式封装，各引脚信号的功能定义分述如下： 图11.22 AD574A的结构框图与引脚（1）12/输出数据方式选择。当接高电平时,输出数据是12位字长；当接低电平时，是将转换输出的数变成两个8位字输出。（2）A0转换数据长度选择。当A0为低电平时，进行12位转换；A0为高电平时,则为8位长度的转换.（3）片选信号。（4）R/读或转换选择。当为高电平时，可将转换后数据读出；当为低电平时,启动转换。（5）CE-芯片允许信号，用来控制转换与读

14、操作。只有当它为高电平时,并且=0时,R/信号的控制才起作用。CE和、R/、12/、A0信号配合进行转换和读操作的控制真值表如表11。4所示。（6）VCC正电源，电压范围为0+16.5V。（7）Vo(R)+10V参考电压输出端，具有1.5mA的带负载能力。表11.4 AD574A的转换和读操作控制真值表CE12 /A0操作内容01111110000000111+5VDGNDDGND0101无操作无操作启动一次12位转换启动一次8位转换并行读出12位读出高8位(A段和B段）读出C段低4位,并自动后跟4个0(8）AGND模拟地.（9)GND数字地。（10）Vi(R）参考电压输入端.（11）VEE负

15、电源，可选加-11.4V16.5V之间的电压。（12）BIP OFF双极性偏移端，用于极性控制。单极性输入时接模拟地（AGND)，双极性输入时接Vo(R）端.(13）Vi(10）单极性010V范围输入端，双极性5V范围输入端.（14）Vi（20)-单极性020V范围输入端，双极性10V范围输入端。(15）STS转换状态输出端，只在转换进行过程中呈现高电平，转换一结束立即返回到低电平。可用查询方式检测此端电平变化,来判断转换是否结束,也可利用它的负跳变沿来触发一个触发器产生IRQ信号,在中断服务程序中读取转换后的有效数据.从转换被启动并使STS变高电平一直到转换周期完成这一段时间内，AD574A

16、对再来的启动信号不予理睬，转换进行期间也不能从输出数据缓冲器读取数据.3） 工作时序AD574A的工作时序如图11.23所示.对其启动转换和转换结束后读数据两个过程分别说明如下： 图11.23 AD574A的工作时序(1)启动转换在=0和CE=1时，才能启动转换。由于是=0和CE=1相与后，才能启动A/D转换,因此实际上这两者中哪一个信号后出现，就认为是该信号启动了转换。无论用哪一个启动转换，都应使R/C信号超前其200ns时间变低电平.从图11.23可看出，是由CE启动转换的，当R/为低电平时,启动后才是转换,否则将成为读数据操作。在转换期间STS为高电平，转换完成时变低电平。（2）读转换数

17、据在=0和CE=1且为高电平时,才能读数据，由12/决定是12位并行读出，还是两次读出.如图11。23所示,或CE信号均可用作允许输出信号，看哪一个后出现，图中为CE信号后出现。规定A0要超前于读信号至少150ns,信号超前于CE信号最小可到零。从表11。4和图11。23可看出,AD574A还能以一种单独控制(standalone)方式工作： CE和12/固定接高电平，和A0固定接地，只用来控制转换和读数，=0时启动12位转换,=1时并行读出12位数。具体实现办法可有两种: 正脉冲控制和负脉冲控制。当使用350ns以上的正脉冲控制时，有脉冲期间开启三态缓冲器读数，脉冲后沿（下降沿)启动转换。当

18、使用400ns以上的负脉冲控制时，则前沿启动转换,脉冲结束后读数。4) 使用方法AD574A有单极性和双极性两种模拟输入方式.（1）单极性输入的接线和校准单极性输入的接线如图11.24(a）所示。AD574A在单极性方式下，有两种额定的模拟输入范围： 0+10V的输入接在Vi(10）和AGND间，0+20V输入接在Vi(20)和AGND间。R1用于偏移调整（如不需进行调整可把BIP OFF直接接AGND，省去外加的调整电路），R2用于满量程调整(如不需调整，R2可用一个501的金属膜固定电阻代替)。为使量化误差为LSB,AD574A的额定偏移规定为LSB。因此在作偏移调整时，使输入电压为LSB

19、（满量程电压为+10V时是1。22mV），调R1，使数字输出为000000000000到000000000001的跳变。在做满量程调整时,是通过施加一个低于满量程值1LSB的模拟信号进行的，这时调R2以得到从111111111110到111111111111的跳变点。（2）双极性输入的接线和校准双极性输入的接线如图11。24（b）所示。和单极性输入时一样，双极性时也有两种额定的模拟输入范围: 5V和10V。5V输入接在Vi（10)和AGND之间；10V接在Vi(20）和AGND之间。图11.24 AD574A的输入接线图双极性校准也类似于单极性校准.调整方法是,先施加一个高于负满量程LSB（对

20、于5V范围为-4。9988V)的输入电压，调R1,使输出出现从000000000000到000000000001的跳变；再施加一个低于正满量程1LSB(对于5V范围为+4。9963V)的输入信号，调R2使输出现从111111111110到111111111111的跳变。如偏移和增益无需调整，则相应的调整电阻也和在单极性中一样，R2可用501的固定电阻代替串行AD转换芯片与51单片机的接口电路及程序设计AT89C51单片机系统经常使用AD转换器。虽然并行AD转换器速度高、转换通道多，但其价格高,占用单片机接口资源比串行AD转换器多。工业检测控制及智能化仪器仪表中经常采用串行AD转换器。ADS11

21、10是一种精密、可连续自校准的串行AD转换器,带有差分输入和高达16位的分辨率,其串行接口为I2C总线。AT89C51单片机通过软件模拟I2C总线实现与ADS1110的连接.ADS1110的特点与内部结构ADS1110的特点完整的数据采集系统和小型SOT236封装；片内基准电压：精度2.048 V+0.05；片内可编程增益放大器PGA；片内振荡器；16位分辨率；可编程的转换速率15次秒240次秒；I2C总线接口(8个有效地址)；电源电压2。7 V5.5 V;低电流消耗240 A。ADS1110的引脚功能ADS1110串行AD转换器采用6引脚贴片封装,其引脚排列如图1所示。VDD：电源端,通常接

22、+5V;GND：模拟地和数字地；VIN+、VIN:采样模拟信号输入端，其范围为2.048 V2。048 V；SCL：I2C总线时钟线;SDA：I2C总线数据线.ADS1110的内部结构ADS1110是由带有可调增益的-型转换器内核、2。048 V的电压基准、时钟振荡器和I2C总线接口组成.其内部结构如图2所示。 ADS1110的寄存器读写配置请参考：ADS110引脚功能,寄存器配置及应用电路介绍 ADS1110的AD转换器内核是由差分开关电容-调节器和数字滤波器组成.调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较。数字滤波器接收高速数据流并输出代码，该代码是一个与输入电压成比例

23、的数字,即AD转换后的数据。ADS1110片内电压基准是2.048 V。ADS1110只能采用内部电压基准该基准，不能测量，也不用于外部电路.ADS1110片内集成时钟振荡器用于驱动调节器和数字滤波器。ADS1110的信号输入端设有可编程增益放大器PGA,其输入阻抗在差分输入时的典型值为2.8 M。硬件设计由于AT89C51单片机没有I2C总线接口，可通过软件模拟实现与I2C总线器件的连接。具体方法是将单片机的IO接口连接至I2C的数据线SDA和时钟线SCL。通过软件控制时钟和数据传输，系统灵活性强.图5所示是数据采集显示系统，采集工业现场的4路模拟信号并轮询显示。采用4个ADS1110作为A

24、D转换器，地址为ED0ED3。具有I2C总线接口的EEPROM AT24C16作为存储器。本系统有4位LED数码显示管和4个参数设定按键。采集数据经数字滤波、16进制工程值转换后，送至数码管轮询显示。ADS1110和AT24C16的I2C接口连ADSl110数据线SDA至单片机的P1.0,时钟线SCL连接单片机的P1.1，上拉电阻阻值选10 k.软件设计按照硬件电路,编写AD转换子程序为ADS0,其中嵌套调用了START，为起始命令子程序，FSDZ1为向ADS1110发送单个字节命令的子程序,ADREAD是读取输出寄存器和配置寄存器的子程序，STOP是停止命令子程序。ADS0只对地址为ED0的

25、ADS1110读数，如果要读取其他ADS1110，只需更改地址即可。系统中ADS1110的工作方式选用默认设置,即配置寄存器内容为#8CH，所以程序未向配置寄存器写入数据。程序代码如下：5 结束语ADS1110是一款高性价比具有I2C总线接口的串行AD转换器。ADS1110已在单片机系统中应用，并用于现场。实践证明，ADS1110和单片机组成的数据采集系统，占用IO端口少、功耗低，适用无电源场合.但需注意的是，因I2C总线为串行扩展总线,数据采集时不能用于实时速度要求较高的场合。 TLC2543是11个输入端的12位模数转换器，具有转换快、稳定性好、与微处理器接口简单、价格低等优点，应用前景好

26、。由于它带有串行外设接口（SPI，Serial PeripheralInterface），而51系列单片机没有SPI，因此研究它与51单片机的接口就非常有意义。1TLC2543的引脚及功能TLC2543是12位开关电容逐次逼近模数转换器,有多种封装形式,其中DB、DW或N封装的管脚图见图1.引脚的功能简要分类说明如下。 I/OCLOCK:控制输入输出的时钟，由外部输入。 DATAINPUT:控制字输入端,用于选择转换及输出数据格式。DATAOUT：A/D转换结果的输出端。2TLC2543的使用方法 21控制字的格式控制字为从DATAINPUT端串行输入的8位数据，它规定了TLC2543要转换的

27、模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。其中高4位(D7D4）决定通道号，对于0通道至10通道,该4位分别为00001010H，当为10111101时,用于对TLC2543的自检，分别测试(VREFVREF)/2、VREF、VREF的值，当为1110时，TLC2543进入休眠状态。低4位决定输出数据长度及格式，其中D3、D2决定输出数据长度，01表示输出数据长度为8位,11表示输出数据长度为16位,其他为12位。D1决定输出数据是高位先送出，还是低位先送出，为0表示高位先送出。D0决定输出数据是单极性(二进制）还是双极性（2的补码)，若为单极性，该位为0，反之为1. 22转换过程上电

28、后，片选CS必须从高到低,才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输入数据寄存器被置为0，输出数据寄存器的内容是随机的。 开始时，CS片选为高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻状，EOC为高。使CS变低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能,DATAOUT脱离高阻状态。12个时钟信号从I/OCLOCK端依次加入，随着时钟信号的加入，控制字从DATAINPUT一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入TLC2543(高位先送入),同时上一周期转换的A/D数据，即输出数据寄存器中的数据从DATAOUT一位一位地移出.TLC2543收到第4个时钟信号后，通道号也已

29、收到,此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样，并保持到第12个时钟的下降沿。在第12个时钟下降沿，EOC变低,开始对本次采样的模拟量进行A/D转换，转换时间约需10s，转换完成后EOC变高,转换的数据在输出数据寄存器中，待下一个工作周期输出。此后，可以进行新的工作周期.3TLC2543与单片机的接口和采集程序目前使用的51系列单片机没有SPI接口，为了与TLC2543接口，可以用软件功能来实现SPI的功能,其硬件接口如图2所示.本示例采用延时进行采集,故省去了EOC引脚的接口。下面是采用C51编写的A/D转换程序.其中port是待采集的模拟量通道号，ad_data是采样值。delay

30、()是延时函数,大约为20微秒。模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成. 有源滤波器:集成运放和R、C组成,具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小,构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用.但集成运放带宽有限,所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率.其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟,所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。 一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统.无源滤波的优点为成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有80%，对基波的无功补偿也是一定的. 目前在容量大且要求补偿细致的地方一般使用有