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1、微机原理第10章微机原理第10章A/D、D/A转换器10.1D/A转换器10.2A/D转换器习题微机原理在自动化领域中，往往通过微型计算机对客观事物的变化信息进行采集、处理、分析和实时控制。客观事物变化的信息有温度、速度、压力、流量、电流、电压等一些连续变化的物理量。而计算机只能处理离散的数字量，那末这些摹拟信号如何变化才干被计算机接收并可进行处理的数字量呢？计算机输出的是数字量，但大多数被控设备不能直接接收数字信号，所以还需将计算机输出的数字信号转化成为摹拟信号，去控制或者驱动被控设备，那末这些数字信号又是如何变化成摹拟信号的呢？对一个控制系统要从以下三方面考虑问题。微机原理图10.1微机原
2、理1.传感器温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这些物理量转换成电量，才干进行摹拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。2.A/D转换器把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。3.D/A转换器把经过计算机分析处理的数字信号转换成摹拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。可见，D/A转换是A/D转换的逆过程。这两个互逆的转换过程以及传感器构成一个闭合控制系统，如图10.1所示。微机原理10.1D/A转换器D/A转换器是指将数字量转换成摹拟量的电路。数字量输入的位数
3、有8位、12位和16位等，输出的摹拟量有电流和电压两种。10.1.1基本概念1.D/A转换器工作原理D/A转换器用于将数字量转换成摹拟量。它的输入量是数字量D,输出量为摹拟量V0,要求输出量与输入量成正比，即VO=DXVR,其中VR为基准电压。数字量是由一位一位的数字构成，每一个数位都代表一定的权。例如*,最高位的权是27,所以此位上的代码1表示数值1x128。因此，数字量D可以用每位的权乘以其代码值，然后各位相加。具体公式如下：微机原理D=d-12n-1+dn-22n-2+:+d020Mdn-1,d-2,d为各位的代码值；2-1,2-220为各位的权。由以上两个式子可推导出V0=dn-12n
4、-1VR+dn22n-2VR+:+d1VR+dOVR将输入的每一2120位转换为与其权对应的摹拟量，各位对应的模拟量相加得到D/A转换器的输出。模拟量输出与数字量输入成正比。2.D/A转换器的输出（1）电流输出和电压输出D/A转换的结果若是与输入二进制码成比例的电流，称为电流DAC,若是与输入二进制码成比例的电压，称为电压DAC。微机原理图102微机原理常用的D/A转换芯片大多属于电流DAG然而在实际应用中，多数情况需要电压输出，这就需要把电流输出转换为电压输出，采取的措施是用电流DAC电路外加运算放大器。输出的电压可以是单极性电压，也可以是双极性电压。单极性电压输出如图10.2所示。输出电压
5、为VoUT=iR输出电压的正负值视所加参考电压极性而定，可以有0V-+5V或者0V5V,也可以有0V-+10V或者0V-10V等输出范围。若需双极性电压输出，可在单极性电压输出后再加一级运算放大器，如图10.3所示。输出范围有-5V+5V和IOV+10V微机原理图10.3微机原理(2)输出零点和满刻度的调正在精度要求较高的D/A转换器中都有调零和调满刻度调整电位器，调整时，将D/A输出接数字电压表，然后用程序送数据启动D/A转换。例如8位D/A转换器，输出为单极性0V+5V,可用程序送OOH,调节调零电位器，使输出为OV。再用程序送FFH,调节满刻度调整电位器，使D/A输出为满量程5V减去最低
6、位所对应的电压值，最低位所对应的电压值等于VFSXlLSBJLSB=I/256,VFS为满量程电压。对双极性输出，设为5V+5V,可用程序先给D/A送OOH,调整调零电位器，使输出为-5V,然后再送FFH,调整满刻度电位器，使输出为满量程IoV减去一个最低位所对应的电压值。微机原理3.D/A转换器的性能参数（1）分辨率这个参数反映了D/A转换器对摹拟量的分辨能力，是最小输出电压（对应的输入数字量惟独DO位为1）与最大输出电压（对应的输入数字量所有位全为1）之比。如N位D/A转换器，其分辨率为满量程电压/2N。例如，一个D/A转换器能够转换8位二进制数，若转换后的电压满量程是5V,则它能分辨的最
7、小电压为5V256=20mVo在实际使用中，普通用输入数字量的位数来表示分辨率大小。常说的8位D/A转换器，12位D/A转换器等等，分辨率取决于D/A转换器的位数。（2）转换精度微机原理转换精度表明了摹拟输出实际值与理想值之间的偏差。精度可分为绝对精度和相对精度。绝对精度是指在输入端加入给定数字量时，在输出端实测的摹拟量与理论值之间的偏差。相对精度是指当满量程值校准后，输入的任何数字量所对应的摹拟输出值与理论值的误差。D/A转换器的转换精度与D/A转换器的本身芯片的结构和与外接电路的配置有关。外接运算放大器，外接参考电源，都可影响D/A转换器的精度。（3）温度灵敏度这个参数表明D/A转换器受温
8、度变化影响的特性。它是指数字输入不变的情况下，摹拟输出信号随温度的变化。普通D/A转换器温度灵敏度为50PPMoCoIPPM为百万分之一。微机原理（4）建立时间建立时间是指从数字输入端发生变化开始，到输出模拟值稳定在额定值的1/2LSB时所需时间。它是表明了D/A转换速率快慢的一个重要参数。在实际应用中，要正确选择D/A转换器，使它的转换时间小于数字输入信号发生变化的周期。10.1.28位D/A转换器DAC0832的结构原理及引脚*是8位数/模转换芯片，数据的输入方式有双缓冲、单缓冲和直接输入，合用于要求几个摹拟量同时输出的情况。*具有以下主要特点：微机原理与TTL电平兼容；(2)分辨率为8位
9、；(3)建立时间为1w(4)功耗为20mW;(5)电流输出型D/A转换器。*的结构框图和引脚如图10.4所示。*具有双缓冲功能，即输入数据可分别经过两个寄存器保存。第一个寄存器称为8位输入寄存器，数据输入端可直接连接到数据总线上，第二个寄存器为8位DAC寄存器。引脚说明如下。微机原理图10.4微机原理D0D7:8位数据输入端。ILE:输入锁存允许信号，高电平有效。此信号用来控制8位输入寄存器的数据是否能被锁存的控制信号之一。CS:片选信号，低电平有效。此信号与ILE信号一起用于控制WRl信号能否起作用。WR1:写信号1,低电平有效。在ILE和CS有效的情况下，此信号用于控制将输入数据锁存于输入
10、寄存器中。ILE、CS、WRl是8位输入寄存器工作时的三个控制信号。WR2:写信号2,低电平有效。在XFER有效的情况下，此信号用于控制将输入寄存器中的数字传送到8位DAC寄存器中。微机原理XFER传送控制信号，低电平有效。此信号和WR2控制信号是决定8位DAC寄存器是否工作的控制信号。8位D/A转换器接收被8位DAC寄存器锁存的数据，并把该数据转换成相对应的摹拟量，输出信号端如下:IOT1:DAC电流输出1,它是逻辑电平为1的各位输出电流之和。IOUT2:DAC电流输出2,它是逻辑电平为O的各位输出电流之和。为保证转换电压的范围、保证电流输出信号转换成电压输出信号、保证*的正常工作，应具有以
11、下几个引线端：微机原理Rfb:反馈电阻引脚，该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。VREF:基准电压输入引脚。普通在10V+10V范围内，由外电路提供。VCC:逻辑电源。普通在+5V+15V范围内。最佳为+15V。AGND:摹拟地。芯片摹拟电路接地点。DGND:数字地。芯片数字电路接地点。*的工作过程是：CPU执行输出指令，输出8位数据给*；(2)在CPU执行输出指令的同时，使ILE、WR1、CS三个控制信号端都有效，8位数据锁存在8位输入寄存器中；微机原理当WR2、XFER二个控制信号端都有效时，8位数据再次被锁存到8位DAC寄存器，这时8位D/A转换器开始工作，8位数据转换为相对
12、应的摹拟电流，从QUTl和。UT2输出。针对使用两个寄存器的方法，形成为了*的三种工作方式，分别为双缓冲方式、单缓冲方式和直通方式。（1）双缓冲方式：数据通过二个寄存器锁存后送入D/A转换电路，执行两次写操作才干完成一次D/A转换。这种方式特殊合用于要求同时输出多个摹拟量的场合。图10.5显示出由三片*组成的这种系统。微机原理图10.5微机原理（2）单缓冲方式：两个寄存器中的一个处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换器电路。在这种方式下，只需执行一次写操作,即可完成D/A转换，可以提高DAC的数据吞吐量。（3）直通方式：两个寄存器都处于直通状态，即ILE、CS、WR1、WR2和XFER都处于有效电平状态，数据直接送入D/A转换器电路进行D/A转换。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统中。Iol3*的接口设计及编程例10.1采用单缓冲方式，通过*输出产生三角波，三角波最高电压5V,最低电压0V。电路设计所要考虑的问题
