文档介绍：本章主要教学内容
D/A、A/D转换器的基本概念及基本结构
D/A、A/D转换器的工作原理及其特点
D/A、A/D转换器的选用方法和编程技术
模拟接口技术的应用
第12章模拟量输入输出
接口技术
模拟接口概述
在实际控制系统中采用的计算机所要加工、处理的信号可以分为模拟量(Analog)和数字量(Digit)两种类型,为了能用计算机对模拟量进行采集、加工和输出,就需要把模拟量转换成便于计算机存储和加工的数字量(称为A/D转换)送入计算机进行处理,同样经过计算机处理后的数字量所产生的结果依然是数字量,要对外部设备实现控制必须将数字量转换成模拟量(称为D/A转换),因此,D/A与A/D转换是计算机用于多媒体、工业控制等领域的一项重要技术。
A/D、D/A转换器在微机控制系统中应用非常广泛。A/D转换器位于微机控制系统的前向通道,D/A转换器位于微机控制系统的后向通道。一般微机测控系统的组成框图如图12-1所示。
图12-1微机测控系统框图
典型D/A转换器芯片
D/A转换器的工作原理和主要参数
D/A转换的基本原理是用电阻解码网络,将N位数字量逐位转换成模拟量并求和,从而实现将N位数字量转化为模拟量。由于数字量不是连续的,其转换后的模拟量自然就不是连续的。同时由于计算机每次输出数据和D/A转换器进行转换需要一定的时间,因此实际上D/A转换器输出的模拟量随时间的变化曲线不是连续的,而是呈阶梯状。
1. D/A转换器的工作原理
D/A转换器进行一次数字量到模拟量的转换需要的时间,称为D/A转换时间,一般在500ns左右。为了保存由计算机送来的数字信号,通常还需要配置一个“数据寄存器”,向D/A 转换器提供稳定的数字信号。D/A转换器的模拟量输出(电流或电压)与参考量(电流或电压)以及二进制数成比例,—般来说,可用下面的式子表示模拟量输出和参考量及二进制数的关系:
其中X为模拟量输出,K为比例常数,VREF为参考量(电压或电流),B为待转换的二进制数,通常B的位数为8位、12位等。
(1)二进制加权电阻网络型D/A转换器
二进制加权电阻网络型D/A转换器的结构如图12-2所示。该电路由权电阻(产生二进制权电流的电阻网络)、位切换开关(Kl~Kn)、反馈电阻和运算放大器等组成。
图12-2 二进制加权电阻网络型D/A转换器
图12-3 行扫描法识别按键
(2)梯形电阻网络D/A转换器
梯形电阻网络D/A转换器的结构如图12-3所示。该电阻网络中仅有R和2R两种电阻,切换开关的工作原理与二进制加权电阻网络D/A转换工作原理相同。
2. D/A转换器的主要参数
(1)绝对精度
(2)相对精度
(3)分辨率
(4)建立时间
(5)温度系数
(6)非线性误差
八位D/A转换器DAC0832及其应用
DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片,其明显特点是与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等,在微机系统中得到了广泛的应用。D/A转换器的输出一般都要接运算放大器,微小信号经放大后才能驱动执行机构的部件。
DAC0832主要技术指标如下:
分辨率为8位;
输出电流稳定时间,即转换速度约为1μs;
非线性误差为 %FSR;
温度系数为2×10-6/℃;
工作方式为双缓冲、单缓冲和直通方式;
逻辑输入与TTL电平兼容;
功耗为20mW;
单电源供电,电源范围为+5V~+15 V。
1. DAC0832的内部结构
DAC0832的内部结构框图如图12-4所示,它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换器及转换控制电路构成,DAC转换器采用梯型电阻网络。
2. DAC0832的引脚功能
DAC0832的外部封装为20脚双列直插式,如图12-5所示。