第11章-模拟量接口课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.1,基本原理,数,/,模转换器是把输入的数字量转换为模拟量的器件。为了完成这种转换功能，需要如下几个组成部分：基准电压、模拟二进制数的电子开关、产生二进制权电流（电压）的精密电阻解码网络和提供电流（电压）相加输出的运算放大器，如图,11-2,所示,11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.1 基本原理,1,权电阻解码网络,D/A,转换器,图11-3为4位权电阻数/模转换器的原理图。基准电压为,E，K,1,K,4,为位切换开关，它受二进制各位状态控制。当相应的二进制位为,“,0,”,时，开关接地；为,“,1,”,时，开关接基准电压。2,0,R，2,1,R，2,2,R，2,3,R,为二进制权电阻解码网络，它们的电阻值与相应的二进制数每位的权相对应，权越大则电阻超小，以保证一定权的数字信号产生相应的模拟电流。运算放大器的虚地按二进制数大小和各位开关的状态对电流求和后，转换成相应的输出电压,u。,11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.1 基本原理,11.1 D/A转换及其接口 11.1.1 基本原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.1 基本原理,2T,型电阻解码网络,D/A,转换器,11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.1 基本原理,如图11-4所示，整个电路由若干个相同的电路环节组成。每个环节有两个电阻和一个开关。开关,S,是按二进制位进行控制的，当该位为1时，开关将加权电阻与,I,out1,输出端接通产生电流；当该位为0时，开关与,I,out2,端接通。,11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.2 DAC,芯片的主要参数,1分辨率（位数）,是指,D/A,转换器所能产生的最小模拟量增量，通常用输入数字量的最低有效位（,LSB）,对应的输出模拟电压值来表示。,2建立时间（转换时间）,它是指当输入数字量从0变化到最大时，其模拟输出达到满刻度值上下1/2,LSB,对应值时所需要的时间。,3转换精度,精度是指某一数字量的理论输出值和经,DAC,转换的实际输出值之差。,11.1 D/A转换及其接口11.1.2 DAC芯片的主,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,18,位,DAC,转换芯片,DAC 0832,（1）,芯片介绍,DAC0832,的方框图如图11-5所示。,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,DAC 0832,的引脚排列如图11-6,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,2,）,DAC0832,的数字接口,DAC0832,的数字接口由,8,条数字输入线,DI,0,DI,7,两个写信号,WR1,WR2,片选,CS,允许输入锁存,ILE,和传送控制,XFER,组成。图11-5中,LE1/LE2,为寄存器锁存信号。当,LE1/LE2,为1时，寄存器的输出随输入变化，寄存器处于直通状态；当,LE1/LE2,为0时，输入数据被锁存在寄存器中，输出不再随输入变化。当,ILE,为高，,CS,和,WR,为低时，使,LE1,为1，输入寄存器的输出随数字输入线变化；当,LE1,为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。为低时，使,LE1,为1，输入寄存器的输出随数字输入线变化；当,LE1,为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。当,XFER,和,WR2,为低时，使,LE2,为1，,DAC,寄存器的输出随它的输入变化；若,LE2,为0，将输入寄存器的数据锁存在,DAC,寄存器中。,11.1 D/A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,由于,DAC0832,具有两级缓冲寄存器，所以可有,3,种工作方式：,l,1.,直通方式：使,LE1,和,LE2,都为,1,，数据可以直接进入,D/A,转换器。,l,2.,单缓冲方式：使,LEI,或,LE2,为,1,，两个寄存器之一始终处于直通状态，另一个寄存器处于受控状态，即缓冲状态。,l,3.,双缓冲方式：两个寄存器均处于受控状态，只有,LE1,和,LE2,依次为高时，数据才能进入相应寄存器。双缓冲工作方式能做到对某个数据进入,D/A,转换的同时，输入下一个数据，特别适用于要求多个模拟量同时输出的场合。,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,3,）,DAC0832,的模拟输出。,1）,单极性电压输出。,图11-7是,DAC0832,实现单极性电压输出的示意图。,由梯形电阻解码网络组成的,D/A,转换电路，,其转换结果是与输入数字量成比例的电流，,称为电流输出型,DAC,。,有些,DAC,芯片中己,经集成有运算放大器，它们属于电压输出,型,DAC。,通常,D/A,转换器输出电压范围有,0+5,V、0+10V、0,2.5V、,05V、0,10V,等几种,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,3,）,DAC0832,的模拟输出,。,2）双极性输出，图,11-8,为,DAC0832,实现双极性电压输出,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,3,）,DAC0832,的模拟输出,。,3,）输出零点和满刻度的调整。,对于一个实际的,D/A,转换电路，由于存在零点偏移、增益误差、非线性误差及温度漂移等原因，其实际得到的模拟输出量会不等于理论上的模拟输出量。为了得到一定精度的,D/A,转换结果，需进行零点和满刻度调整,如图,11-9,为,DAC0832,单极性电压输出时的调零和调满刻度电路示意图,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,3,）,DAC0832,的模拟输出,。,3,）输出零点和满刻度的调整。,为了得到一定精度的,D/A,转换结果，需进,行零点和满刻度调整,如图,11-9,为,DAC0832,单极性电压输出时的,调零和调满刻度电路,示意图,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（,3,）,DAC0832,的模拟输出。,4）,数字地与模拟地。在数字量和模拟量并存的电路系统中，有两类电路。一类是数字电路，另一类是模拟电路，、,DAC,和,ADC,它们各有自己的信号地线，分别表示为数字地,DGND,和模拟地,AGND。,我们应该把整个系统中所有模拟地连接在一起，所有数字地连接在一起，然后整个系统在一处把模拟地和数字地连起来。通常这个共地连接处，就是,DAC,或,ADC,芯片的模拟地和数字地之间。,如图,11-10,所示。,11.1 D/A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（4）DAC0832,与,CPU,接口。,1,）,直通方式,将数字量输出到,DAC0832，,在,V,OUT,端可以得到各种输出波形锯齿波、三角波、方波。,11.1 D/A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3 DAC,芯片原理及应用,（4）DAC0832,与,CPU,接口,2）,单缓冲工作方式。,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3,DAC,芯片原理及应用,（4）DAC0832,与,CPU,接口,3）,双缓冲方式。,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3,DAC,芯片原理及应用,212,位,DAC,转换芯片,DACl210,内部结构图如图11-14所示。,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,11.1.3,DAC,芯片原理及应用,212,位,DAC,转换芯片,DACl210,图11-15,DAC1210,与总线的连接,11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理,11.1,D/A,转换及其接口,1.11.3 DAC,芯片原理及应用,212,位,DAC,转换芯片,DACl210,可用下面的程序完成一次转换：,MOV DX,，,220H,；,低,4,位寄存器地址,M0V AL,，,DATA,；,低,4,位数据,OUT DX,，,AL,；,输出低,4,位,INC DX,；,高,8,位寄存器地址,M0V AL,，,DATAH,；,高,8,位数据,OUT DX,，,AL,；,输出高,8,位数据,MOV DX,，,222H,；,DAC,寄存器,OUT DX AL,；,启动,12,位数据转换,11.1 D/A转换及其接口1.11.3 DAC芯片原理,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.1 A/D,转换器的分类,1,计数式,A/D,转换,8,位的计数式,A/D,转换原理如图,11-16,所示。,11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.1 A/D,转换器的分类,2逐次逼近式,A/D,转换,逐次逼近式,A/D,转换原理如图,11-17,所示。,11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.1 A/D,转换器的分类,3双积分式,A/D,转换,双积分式,AD,转换原理如图,11-18,所示。它主要由积分器、零比较器、计数器及时钟发生器组成。,11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.1 A/D,转换器的分类,4,并行式,A/D,转换,并行式,A/D,转换的,原理最简单、速度最快，,但成本也是最高的。,它采用的是直接比较法，,如图11-20所示。,11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.2,主要性能参数,1,分辨率,分辨率是指,A/D,转换器能测量的最小输入模拟量。一个,n,位,A/D,转换器，分辨率等于最大允许模拟量输入值（即满量程）除以2,n,。,所以，通常用转换成的数字量位数来表示分辨率。,2,转换时间,转换时间是指从输入转换启动信号开始到转换结束所需要的时间，它反映了,ADC,转换速,度。,3,精度,精度是指输入模拟信号的实际电压值与被转换成数字量理论电压值之间的差值，这一差值称为绝对误差。当它用百分数表示时就称为相对误差。,11.2 A/D转换及其接口11.2.2 主要性能参数,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.3,典型的,A/D,转换器及其接口,1ADC 0809,（,1,）,内部结构。,ADC 0809,模数转换器结构,如图11-21所示。,11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换,11.2,A/D,转换及其接口,11.2.3,典型的,A/D,转换器及其接口,（,2,）接口信号。,ADC0809,的引脚如图,11-22,所示。,11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换,11.2,A/D,