在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC接口電路是數(shù)字電路單元與模擬數(shù)字電路單元之間信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁，其重要性不言而喻。本文將從閉環(huán)溫度測(cè)控裝置的實(shí)踐角度來(lái)闡述模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，實(shí)踐表明該系統(tǒng)升溫迅速，控溫準(zhǔn)確。
1.模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用
1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換的接口
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口技術(shù)在控制領(lǐng)域非常重要。微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，外部的溫度、壓力等物理信號(hào)經(jīng)傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本功能就是要將輸入的模擬信號(hào)成正比轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。AD接口的設(shè)計(jì)主要考慮采樣速度、AD轉(zhuǎn)換孔徑誤差、AD轉(zhuǎn)換芯片選擇等方面。ADC芯片的選擇則要綜合考慮輸入通道誤差、被測(cè)信號(hào)的變化速率、工作環(huán)境、接口特性、成本與市場(chǎng)供應(yīng)情況等來(lái)確定。
目前，在工程和教學(xué)中都以8路8位逐位比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809作為首選，它與各種單片機(jī)接口的應(yīng)用非常普遍。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)與ADC0809的連接方式主要有三種。如圖1所示。
圖1 單片機(jī)與ADC0809的三種連接方式
在這三種連接方式中，方式(C)僅適用于單片機(jī)沒(méi)有擴(kuò)展其它外部芯片的情況，方式(a)和方式(b)則可以擴(kuò)展，其中方式(a)所需元件數(shù)目多，方式(b)則電路較為簡(jiǎn)單，可靠性高一些。
單片機(jī)通過(guò)MOVX指令啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換和讀取結(jié)果，其實(shí)質(zhì)是利用單片機(jī)執(zhí)行該指令產(chǎn)生的一系列時(shí)序信號(hào)來(lái)控制AD芯片的工作。MOVX指令很重要，尤其在擴(kuò)展連接外部設(shè)備時(shí)，必須考慮這條指令的讀寫(xiě)時(shí)序是否與外設(shè)要求相匹配。這也是工程人員設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍接口電路經(jīng)常考慮的問(wèn)題。
1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)
我們研制的閉環(huán)溫度測(cè)控裝置中，變送器將溫度傳感器AD592的輸出電流轉(zhuǎn)換放大為0～5V的直流電壓(該電壓經(jīng)校準(zhǔn)后與被測(cè)溫度0～100成線(xiàn)性)，經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)計(jì)算測(cè)量溫度值，見(jiàn)圖2。
ADC0809的輸入和輸出關(guān)系：假設(shè)參考電壓Vref=5V，若輸入模擬電壓的實(shí)際值為X，輸出數(shù)字量為DA-TA，則兩者關(guān)系近似為：
這個(gè)正比關(guān)系，就是AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)功能。編程時(shí)經(jīng)常用到。由于變送器的輸出電壓X與水溫T成正比，而AD轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量DATA與電壓X成正比，所以數(shù)字量DATA也與水溫T成正比，故：
當(dāng)單片機(jī)采集到溫度的數(shù)字量DATA后。就可以根據(jù)上式計(jì)算出相應(yīng)的水溫T。本項(xiàng)目的部分測(cè)溫程序(略)。
2.AD轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試與檢修
2.1AD轉(zhuǎn)換電路模塊的檢測(cè)
下面以閉環(huán)溫度測(cè)控裝置中的AD轉(zhuǎn)換模塊為例進(jìn)行介紹，其電路如圖2所示。在變送器電路校準(zhǔn)以后，就可以進(jìn)行AD模塊電路的功能測(cè)試。ADC模塊檢測(cè)方法與測(cè)試程序見(jiàn)圖3，連接單片機(jī)硬件仿真器.通電并運(yùn)行測(cè)試程序，同時(shí)將水從0℃加熱至100℃(用標(biāo)準(zhǔn)的溫度計(jì)測(cè)量)，檢查模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。采用斷點(diǎn)方式運(yùn)行程序，觀(guān)察累加器A的內(nèi)容應(yīng)隨溫度變化而成正比地在00～FF之間變化，否則表明電路有故障。
圖2 AD轉(zhuǎn)換模塊電路圖
圖3 ADC模塊功能的檢測(cè)
2.2故障的分析與檢測(cè)
運(yùn)行上述測(cè)試程序，ADC0809是否正常丁作可以通過(guò)測(cè)量EOC引腳是否有信號(hào)輸出來(lái)判斷。如果AD轉(zhuǎn)換電路模塊不能正常工作，故障分析與檢測(cè)的基本方法是依次檢查該AD芯片的基本工作條件是否具備，即它的輸入信號(hào)、控制信號(hào)是否正常。若某信號(hào)不正常.則逆序檢查其上一級(jí)元件的輸出信號(hào)是否正常，從而分析出故障問(wèn)題所在。檢查信號(hào)是否正常時(shí)除了用示波器檢查是否有信號(hào)波形外，還要注意檢查該信號(hào)與相關(guān)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系是否正確。
以故障現(xiàn)象-ADC0809輸出無(wú)變化為例，其故障分析與檢測(cè)流程如圖4所示。
圖4 故障分析與檢測(cè)流程
結(jié)束語(yǔ)
本文總結(jié)了基于ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計(jì)與調(diào)試的方法。總結(jié)了模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC是微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，單片機(jī)與ADC0809的接口電路連接方式主要有三種，ADC0809輸入的模擬信號(hào)和輸出的數(shù)字信號(hào)之間本質(zhì)上是一種正比關(guān)系，實(shí)踐中也是依據(jù)這個(gè)正比關(guān)系來(lái)對(duì)AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行調(diào)試和故障檢修的。故障分析與檢測(cè)的基本方法是通過(guò)依次檢查該AD芯片的基本工作條件是否具備來(lái)分析故障原因之所在。
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