1、引言

A/D轉換是一種將連續的模擬信號轉換成適合于數字處理的二進制數的操作，在單片機控制系統中，經常要將被控實體模擬的過程信號轉換成數字量送給單片機，這樣的工作就是由A/D轉換部件來完成的。因此，A/D轉換部件在單片機系統中有著廣泛的應用。A/D轉換是電信號數據采集系統的重要組成部分，本文以自行設計的心電采集系統為例，完整地介紹12位A/D轉換芯片AD574在該系統中的具體應用。具有很好的實際應用參考價值。

2、心電信號采集系統

心電監測作為一種對人體心臟活動進行動態檢測與分析的有效手段，在臨床上和人體素質分析中具有很好的應用價值。而心電采集是心電監測的首要步驟，本文利用通用的51單片機來控制實現心電信號的采集。圖1所示是一個心電采集系統的總體結構框圖。

電極是從人體取得心電信號的敏感元件，心電信號由攜帶在人體上的專用電極拾取后送入放大和濾波電路，經放大和濾波電路后獲得符合要求的、干凈的、不失真的心電模擬信號，該心電模擬信號由模擬輸入端送入A/D轉換電路，最后在單片機的控制下進行高精度的A/D轉換和數據存儲。

3、AD574與單片機的接口電路

AD574是美國AnalogDevice公司生產的12位逐次逼近式A/D轉換器，內部集成由轉換時鐘、參考電壓源和三態輸出鎖存器，因此他可以直接接微機總線進行接口。分辨率可設為12位，轉換時間為25μs。該A/D轉換器對外的連接信號有模擬輸入信號、數據輸出信號、啟動轉換信號、轉換結束信號及數據的讀取等。A/D轉換器和系統連接時就要考慮這些信號的連接問題。

AD574是單端輸入模擬電壓，在l0Vin和20Vin中任一端和AGND之間輸入，可輸入單極性電壓或雙極性電壓，輸入模擬電壓的極性不同，其輸入電路也不同。AD574要求用脈沖啟動信號，即在CPU的控制下發出啟動轉換信號，并通過程序控制得到足夠寬度的脈沖信號。A/D轉換結束時，AD574反饋給出轉換結束信號。AD574的數據輸出線也有三態輸出門，可直接連接系統數據總線。在本采集系統中，AD574與AT89S51單片機的接口電路如圖2所示。

AD574芯片采用0～+10V單極性輸入方式。2腳直接接地，也就是啟動12位轉換，轉換結果分兩次輸出，3，4，5腳分別接至單片機地址總線的高位P2.5，P2.4，P2.3，單片機的讀寫信號經過一級與非門后送到AD574的CE腳作為使能信號。

AD574狀態腳STS即28腳可接外部中斷，比如INT0，就可用中斷方式讀轉換結果，當然，也可直接接至單片機的P1.0腳，采用查詢方式讀轉換結果。與AD574的12腳和10腳相接的兩個0.1kΨ的電位器分別用于零點調整和滿刻度調整，具體的調整方法是：零點調整，調整R1使得輸入模擬電壓從-5V變化到-4.9988V，即輸入電壓變化1/2LSB時輸出數字量從000000000000變化到000000000001;滿刻度調整（即增益調整），調整R2使得輸入模擬電壓從+4.9988V變化到+5V，即輸入電壓變化1/2LSB時，輸出數字量從111111111110變化到111111111111。

AD574由3組電源供電，即+15V，-15V和+5V，由于他對從電源線引入的噪聲十分敏感，幾毫伏的電源噪聲就會引起A/D轉換幾位的誤差，所以在應用過程中應特別注意電源的濾波和穩壓，以采取一些抗干擾措施，比如在芯片的7腳和9腳、11腳和9腳以及1腳和15腳之間接入由一個100μF的電解電容和一個0.1μF的瓷片電容并聯而成的去藕網絡如圖3所示。

4、轉換結果的存儲電路

在本系統中設計的AD574的采樣速率為1kS/s，要求將前后共4s的人體心電信號存儲起來，然后供醫生或觀測者進行分析，所以擴展了一片靜態的6264RAM，將轉換結果存入這8k的存儲器中，該存儲器與單片機的接口電路如圖4所示。

5、A/D轉換的實現

在該心電采集系統中，用圖2和圖4所示的硬件連接，得到AD574各操作對應的口地址分別為：啟動轉換的地址為3FFFH;讀轉換結果高8位的地址為7FFFH;讀轉換結果低4位的地址為FFFFH。完整的A/D轉換查詢程序流程設計如下圖5所示。

6、結語

在心電采集系統中，采用12位的A/D轉換芯片AD574實現了心電信號的模/數轉換。

電路中涉及到模擬和數字信號，為保證最佳的性能，在實際電路和印刷電路板設計時需要仔細考慮。

電路布線時應該將模擬信號和數字信號分開，盡量讓數字地線處于數字信號之間，模擬地和數字地作分割處理，最終在電路板的邊角處相連。