微機(jī)原理與接口技術(shù)121

2024/7/171微機(jī)原理與接口技術(shù)第十二章

模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換杭州電子科技大學(xué)2024/7/1722024/7/173第十二章模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換

本章內(nèi)容提要概述實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)多路模擬開關(guān)采樣、量化和編碼采樣保持器D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)幾種數(shù)/模轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理典型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2024/7/174§12-1概述數(shù)字量和模擬量

數(shù)字量:01011010、11000011,隨時(shí)間斷續(xù)變化的量。模擬量:12.5V、10A、37.5℃、1000m3/s、9.6m/s， 隨時(shí)間連續(xù)變化的量。

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器

ADC

將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件，DAC或D/A

將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，ADC或A/D2024/7/175§12-1概述控制對(duì)象計(jì)算機(jī)傳感器放大濾波多路開關(guān)MUX采樣保持器S/HA/D轉(zhuǎn)換器I/O接口多路開關(guān)MUXD/A轉(zhuǎn)換器I/O接口傳感器放大濾波執(zhí)行部件…2024/7/176一、一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)傳感器的種類很多：同一種物理量可以用幾種不同的傳感器來測量,同一種傳感器,根據(jù)它們的特性又可分成不同的型號(hào)。例如,室溫和體溫常用熱敏電阻測量;如果測量的是工業(yè)窯爐的爐溫,則可選用各種熱電偶;壓力可以用壓阻式、壓電式、振動(dòng)式等壓力傳感器來測量;若測量人體血壓,則應(yīng)采用專門的血壓傳感器。此外,還有流量傳感器、位移傳感器、光電傳感器等各種不同功能的傳感器。信號(hào)的預(yù)處理

：信號(hào)放大、濾波、電平轉(zhuǎn)換等。多路切換的方法有兩種:多路模擬開關(guān)MUX(Multiplexer)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的切換;另一種是選用內(nèi)部帶多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器(ADC0809,帶有8路模擬開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器)。D/A通道中也可以使用多路開關(guān),不過由于D/A轉(zhuǎn)換器比較便宜,實(shí)際系統(tǒng)中較少使用多路開關(guān)?！?2-1概述2024/7/177二、多路模擬開關(guān)§12-1概述1．多路開關(guān)的作用2．多路開關(guān)的工作原理3．多路開關(guān)芯片2024/7/1781.多路開關(guān)的作用對(duì)多個(gè)變化較為緩慢的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，利用多路開關(guān)將各路模擬信號(hào)輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接通，使一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器能完成多個(gè)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，節(jié)省硬件開銷。

n選1多路開關(guān)采樣保持A/D模擬量1模擬量2模擬量n微機(jī)系統(tǒng)多路開關(guān)在模擬量輸入/輸出通道中，作用是切換模擬信號(hào)，故又稱模擬多路開關(guān)。二、多路模擬開關(guān)§12-1概述2024/7/179二、多路模擬開關(guān)用途（作用）:切換模擬信號(hào)對(duì)于A/D通道來說,需要用多路輸入、一路輸出的模擬開關(guān),使輸入的多路模擬信號(hào)輪流與A/D轉(zhuǎn)換器接通。對(duì)于D/A通道,則要在D/A轉(zhuǎn)換器之后加一個(gè)一路輸入、多路輸出的模擬開關(guān),使輸出的模擬信號(hào)輪流分配到各模擬通路。AnalogMultiplexer－N-1，1-N分時(shí)使用1端器件典型MUX芯片AD7501/3八選一單向;CD4051、CD40528-1雙向切換，它們既可作多路輸入、一路輸出的模擬開關(guān),也可作一路輸入、多路輸出的模擬開關(guān)。§12-1概述2024/7/17102.多路開關(guān)的工作原理電平轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)A0A1AnS0S1SnOUT多路模擬輸入選擇控制輸入一路模擬輸出二、多路模擬開關(guān)§12-1概述2024/7/17113.多路開關(guān)芯片

4選1：CD4052、AD75028選1：CD4051、AD750116選1:CD4067、AD7506二、多路模擬開關(guān)§12-1概述2024/7/1712微機(jī)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)控制對(duì)象D/A放大器執(zhí)行部件計(jì)算機(jī)多路開關(guān)傳感器1放大器1濾波器1模擬量1采樣保持A/D傳感器n放大器n濾波器n模擬量n2024/7/1713二、多路模擬開關(guān)引腳S為選通端,只有當(dāng)S為低電平時(shí),才能選中某一通道,使開關(guān)接通。A2—A0是開關(guān)通道號(hào)輸入端,當(dāng)A2—A0輸入000—111時(shí),分別對(duì)應(yīng)0—7通道上的開關(guān)處于閉合狀態(tài)。通常,S和A2—A0信號(hào)由接在CPU數(shù)據(jù)總線上的一個(gè)鎖存器提供,這樣就可以用輸出指令實(shí)現(xiàn)通道選擇。§12-1概述2024/7/1714多路開關(guān)AD4501AD4501真值表I/O7~I/O0

為8路模擬輸入I/O為1路模擬輸出SA2A1A0選通0000I/O00001I/O10010I/O20011I/O30100I/O40101I/O50110I/O60111I/O71××××CD405116151413121110912345678VDDI/O2I/O1I/O0I/O3A0A1A2I/O4I/O6O/II/O7I/O5SVEEVSS§12-1概述二、多路模擬開關(guān)2024/7/1715§12-1概述二、多路模擬開關(guān)2024/7/1716§12-1概述二、多路模擬開關(guān)CD4051I/O7I/O6

I/O0

I/O

SA2A1A0IN7IN6

...

IN0S/HA/D74LS3734Q3Q2Q1Q4D3D2D1DD3D2D1D0譯碼器CLK地址總線2024/7/1717

多路模擬開關(guān)的典型應(yīng)用是與采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器配合,構(gòu)成多路數(shù)據(jù)采集通道。圖12-4是用CD4051作多路開關(guān),構(gòu)成具有8個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)采集電路的例子。經(jīng)放大、濾波等預(yù)處理之后的8路模擬信號(hào)IN0—

IN7分別送到CD4051的8個(gè)I/O引腳,CPU數(shù)據(jù)總線的D3—

D0接到鎖存器74LS273的輸入端。鎖存后的D3位4Q與選通端S相連,當(dāng)D3=0時(shí),S=0,使CD4051選通；D2—D0位經(jīng)鎖存后分別與CD4051的通道號(hào)輸入端A2—A0相連,實(shí)現(xiàn)通道選擇。假設(shè)鎖存器的I/0地址為ADPORT,若要將接在IN6端的模擬信號(hào)切換到A/D轉(zhuǎn)換器去,可用如下指令實(shí)現(xiàn):

MOVAL,00000110B;D3必須為0,D2—D0=110,表示通道6OUTADPORT,AL§12-1概述二、多路模擬開關(guān)2024/7/1718三、采樣、量化和編碼§12-1概述微機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2024/7/1719

模擬信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后從多路開關(guān)輸出時(shí),信號(hào)幅度已達(dá)到幾伏的數(shù)量級(jí),它還必須經(jīng)過采樣、量化和編碼的過程才能成為數(shù)字量。1.采樣和量化

采樣就是按相等的時(shí)間間隔t從電壓信號(hào)上截取一個(gè)個(gè)離散的電壓瞬時(shí)值,這些值都有精確的大小。嚴(yán)格地講,必須用無窮多位小數(shù)才能真正表示出它們的電壓值來,但實(shí)際上只能把這些采集下來的電壓瞬時(shí)值表示到一定的精度。有一個(gè)被采樣的信號(hào)電壓的幅度范圍為0－7伏,若把它們分為8層,包括電平0V在內(nèi),每個(gè)分層為1伏,然后看每個(gè)采樣處于哪個(gè)分層之中,該分層的起始電平就是這個(gè)采樣的數(shù)字量。三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/1720三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/1721

將t0時(shí)刻采樣的實(shí)際值變成數(shù)字量的過程稱為量化。每個(gè)分層所包含的最大電壓值與最小電壓值之差為1伏,它被稱為量化單位,用q表示。顯然,量化單位越小,一定范圍內(nèi)的電壓值被分的層數(shù)就越多,采樣值的數(shù)字量與實(shí)際電平之間的誤差也越小,精度也就越高。

每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器都有一個(gè)允許的最大輸入電壓范圍,通常還有一個(gè)參考電壓VR輸入引腳,在輸入電壓值范圍內(nèi)改變VR的值,可以設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的電壓范圍,也即指定它的量程。例如，一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器，它將把輸入電壓信號(hào)分成28=256層，若它的量程為0－5V，那么，它能分辨的最小的量化單位（A代表電壓量程范圍）為：三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/17222.編碼經(jīng)采樣和量化后,模擬量轉(zhuǎn)化成了數(shù)字量,數(shù)字量可以用不同的代碼來表示,這就是數(shù)字量的編碼。編碼的形式有好幾種,如二進(jìn)制碼,BCD碼,ASCII碼等。兩種最常用的編碼形式:自然二進(jìn)制碼雙極性二進(jìn)制編碼。三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/1723(1)自然二進(jìn)制碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中常用二進(jìn)制小數(shù)形式表示數(shù)字量,這就是自然二進(jìn)制碼,或稱為自然二進(jìn)制小數(shù)碼。

n位自然二進(jìn)制小數(shù)碼表示一個(gè)小數(shù)N的形式是:N=d12-1+d22-2+…+dn2-n式中,系數(shù)di的取值只有0或1兩種可能,它表示二進(jìn)制小數(shù)中第i位上的數(shù)碼,2-n表示了小數(shù)中各位上的加權(quán)。第1位加權(quán)最大,當(dāng)di=1時(shí),它對(duì)N的貢獻(xiàn)(加權(quán))最大,等于1/2,它被稱為最高有效位MSB；最右邊的第n位的加權(quán)最小，等于1/2n，被稱為最小有效位LSB，實(shí)際上就等于量化單位q。三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/1724三、采樣、量化和編碼§12-1概述輸入模擬量二進(jìn)制小數(shù)輸出數(shù)碼對(duì)應(yīng)電壓FSR=+5VFSR=+10V00.000000000.0000.0001/16FSR0.000100010.3120.6252/16FSR0.001000100.6251.2503/16FSR0.001100110.9371.875……………15/16FSR0.111111114.6879.375四位（n=4）二進(jìn)制小數(shù)碼的表示2024/7/1725(2)雙極性二進(jìn)制編碼如果A/D轉(zhuǎn)化器允許輸入雙極性信號(hào)，如±5V，為了表示Vx的極性，還可用雙極性碼來表示數(shù)字量。常用的雙極性二進(jìn)制編碼主要有符號(hào)-數(shù)值二進(jìn)制碼和偏移二進(jìn)制碼兩種編碼方式，它們的4位二進(jìn)制編碼如表12-2所示。三、采樣、量化和編碼§12-1概述2024/7/1726常用的雙極性二進(jìn)制編碼表§12-1概述數(shù)輸入量符號(hào)－數(shù)值偏移二進(jìn)制對(duì)應(yīng)電壓(V),FSR=+-5V＋7＋7/8FSR01111111+4.375＋6＋6/8FSR01101110+3.750＋5＋5/8FSR01011101+3.125＋4＋4/8FSR01001100+2.500＋3＋3/8FSR00111011+1.875＋2＋2/8FSR00101010+1.250＋1＋1/8FSR00011001+0.62500＋0000010000.000－01000－1-1/8FSR10010111-0.625－2-2/8FSR10100110-1.25－3-3/8FSR10110101-1.875－4-4/8FSR11000100-2.500－5-5/8FSR11010011-3.125－6-6/8FSR11100010-3.750－7-7/8FSR11110001-4.375－8-8/8FSR－0000-5.0002024/7/1727四、采樣保持器1.采樣過程§12-1概述2024/7/1728

圖中,連續(xù)的模擬信號(hào)x(t)加到采樣器的輸入端，采樣器的輸出受采樣脈沖S(t)的控制，采樣脈沖是一種周期為A，寬度為t0的矩形脈沖序列。每當(dāng)采祥脈沖出現(xiàn)時(shí)，開關(guān)S接通t0秒，輸入模擬信號(hào)可以通過采樣器到達(dá)輸出端；采樣脈沖消失時(shí),S斷開，采樣器無輸出。這樣，從采樣器輸入的連續(xù)模擬信號(hào)在采樣脈沖的調(diào)制下，在輸出端得到寬度為t0，周期為A的脈沖序列x(△)，脈沖序列的幅度被x(△)所調(diào)制，這個(gè)過程就是采樣。x(n△)序列就是采樣所得的離散模擬量，這些離散量出現(xiàn)的重復(fù)頻率就是采樣脈沖的頻率fs，fs稱為采樣率,其值為1/△。四、采樣保持§12-1概述2024/7/1729

一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，要進(jìn)行量化、編碼等操作,每種操作均需化費(fèi)一定的時(shí)間,這段時(shí)間稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間tc。在轉(zhuǎn)換時(shí)間tc內(nèi),若輸入模擬信號(hào)比較平坦,即x(t)的變化量△x很小,可認(rèn)為△x≈0。這樣,由采樣過程引入的誤差可以忽略不計(jì)。在這種情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可直接與采樣器的輸出端相連。一般將采樣開關(guān)制作在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部,使采樣器和轉(zhuǎn)換器合為一體。當(dāng)x(t)變化速率較高時(shí),在轉(zhuǎn)換過程中,輸入模擬量有一個(gè)可觀的Ax，結(jié)果將會(huì)引入較大的誤差。也就是說，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，加在轉(zhuǎn)換器上的電平在波動(dòng)，這樣，就很難說輸出的數(shù)字量表示tc期間輸入信號(hào)上哪一點(diǎn)的電壓值，在這種情況下就要用采樣保持器來解決這個(gè)問題。四、采樣保持§12-1概述2024/7/1730四、采樣保持器§12-1概述采樣保持器電路由模擬開關(guān)S,保持電容CH和緩沖放大器A組成。S合上,輸入模擬信號(hào)Vi通過開關(guān)S向保持電容CH充電。由于緩沖放大器的跟隨特性,這期間輸出電壓Vo眼隨輸入電壓Vi而變化。當(dāng)采樣脈沖命令結(jié)束后,開關(guān)S斷開,電容CH上的電壓能在一段時(shí)間內(nèi)保持基本不變,緩沖放大器的輸出電壓Vo便被保持在開關(guān)斷開前瞬間的值,從而實(shí)現(xiàn)了采樣和保持的功能。2024/7/17312.采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過程需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi),輸入端模擬信號(hào)的大小應(yīng)保持不變，否則將影響轉(zhuǎn)換的精度。四、采樣保持§12-1概述2024/7/1732§12-2D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)幾種數(shù)/模轉(zhuǎn)換器2024/7/17331)

原理分析數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理§12-2DA轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與輸入量成比例的模擬信號(hào)的器件。多數(shù)D/A變換器把數(shù)字量（如二進(jìn)制編碼）變成模擬電流，如果要將其轉(zhuǎn)換成模擬電壓，還要使用電流/電壓轉(zhuǎn)換器（I/V）來實(shí)現(xiàn)（少數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有I/V變換電路，可直接輸出模擬電壓）。I/V轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)算放大器組成。2024/7/1734數(shù)字量

D=Dn-1

D1D0B

=Dn-1×2n-1+

+D1×21+D0×20將數(shù)字量的每一位按權(quán)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量，再將各模擬量相加，所得之和就是整個(gè)數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。1)

原理分析數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理§12-2DA轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與輸入量成比例的模擬信號(hào)的器件。輸入量是數(shù)字量，輸出量是模擬量輸出量與輸入量應(yīng)成比例關(guān)系，即

Vo=D×Vi2024/7/17352)D/A轉(zhuǎn)換電路的組成數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理§12-2DA轉(zhuǎn)換器ARS1I12RS2I24RS3I38RS4I4d1d2d3d4RfIf∑IO_+VRV02024/7/17362)D/A轉(zhuǎn)換電路的組成數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理§12-2DA轉(zhuǎn)換器ARS1I12RS2I24RS3I38RS4I4d1d2d3d4RfIf∑IO_+VRV0I0=d1×I1+d2×I2+d3×I3

+

d4×I4

=d1×VR/R+d2×VR/2R+d3×VR/3R+d4×VR/4R

=2VR/R(d12-1+d22-2+d32-3+d42-4)由于流入運(yùn)放的電流為0，所以If＝I0。因點(diǎn)虛地，V0=-If×Rf若固定VR，則輸出電壓V0與輸入數(shù)字量成正比例關(guān)系。2024/7/1737數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理§12-2DA轉(zhuǎn)換器ARS1I12RS2I24RS3I38RS4I4d1d2d3d4RfIf∑IO_+VRV0如果Rf＝R/2，輸入數(shù)字量d1d2d3d4=1000，VR=+5V，則輸出電壓:V0＝-I0×Rf

=-2VR/R(1×1/2+0×1/4+0×1/8+0×1/16)=-1/2*VR=-2.5V2024/7/1738當(dāng)數(shù)字量d1d2d3d4為0000B時(shí)，Vo=0當(dāng)數(shù)字量d1d2d3d4為1000B時(shí)，Vo=-1/2×VR=-2.5V

當(dāng)數(shù)字量d1d2d3d4為1111B時(shí)，Vo=-15/16×VR=-4.6875V這樣,用二進(jìn)制數(shù)字控制開關(guān)的通斷,就可產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓信號(hào)。但是,與模數(shù)轉(zhuǎn)換器只能包含有限數(shù)目的分層數(shù)那樣,數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)和權(quán)電阻的數(shù)目也是有限的,因此,D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓僅是某些固定的值。【例】:參考電壓VR=+5V，2024/7/17393)T型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量Vo+-RoVREFSn-1Dn-12RIn-1RSn-2Dn-22RIn-2RS1D12RI1RS0D02RI02RI=VREF/RI/21I/22I/2n-1I/2nIi模擬量模擬開關(guān)

T型電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1740

T型電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn):只有R

和2R

兩種電阻;各節(jié)點(diǎn)向左和向上看的等效電阻均為2R;整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻為R§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1741若共有n條分支，各支電流Ij為：Ro§12-2DA轉(zhuǎn)換器

Ii

=

Dn-1×In-1

+Dn-2×In-2+

+D1×I1+D0×I0

=(Dn-1

×2n-1

+

+D1

×21

+D0×20)=DVREF2nRVREF2nRD2024/7/1742數(shù)字輸入量000001010011100101110111實(shí)際滿量程標(biāo)稱滿量程模擬輸出量§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1743二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1744二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)輸入數(shù)字量§12-2DA轉(zhuǎn)換器它包括輸入數(shù)字量的碼制、數(shù)據(jù)格式和它們的邏輯電平等。輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率一般D/A只接收自然二進(jìn)制編碼，少數(shù)產(chǎn)品采用雙極性二進(jìn)制編碼或BCD編碼。輸入數(shù)據(jù)的格式一般都是并行碼。輸入數(shù)據(jù)的邏輯電平一般為TTL電平，少數(shù)產(chǎn)品還可能接受CMOS或PMOS電平的數(shù)字量。2024/7/1745二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)輸出模擬量§12-2DA轉(zhuǎn)換器一般D/A是電流輸出型，并會(huì)給出在規(guī)定的參考電壓VR(或Vref)下，輸入為滿碼時(shí)的輸出電流表達(dá)式。輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率D/A

AVfIO1IO2-+V0I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓表達(dá)式:V0=

-I0×Rf

=-VR×輸入數(shù)字量2562024/7/1746二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)分辨率§12-2DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率

轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率指D/A轉(zhuǎn)換器所能產(chǎn)生的最小模擬增量。是數(shù)字量最低有效位LSB所對(duì)應(yīng)的模擬值△。分辨率△與輸入數(shù)字量的的位數(shù)n之間的關(guān)系：△=FSR/2n(FSR為D/A的滿量程)分辨率近似等于輸入為滿碼時(shí)的輸入電壓值。8位D/A的分辨率為：1/28=1/256*FSR=0.39%FSR12位D/A的分辨率為：1/212=1/4096*FSR=0.0244%FSR分辨率與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)之間具有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般簡單地用它們的位數(shù)來表示。如：D/A分辨率為8，10，12，16等等。2024/7/1747指模擬輸出實(shí)際值與理想輸出值之間的偏差。用于衡量D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量時(shí)，所得模擬量的精確程度。造成偏差的原因：是由于D/A轉(zhuǎn)換器各個(gè)部件具有制作誤差,包括零點(diǎn)、線性、溫漂等項(xiàng)誤差。通常用差值與滿量程輸出電壓或電流的百分比表示。數(shù)字量理想值實(shí)際值

00h0-0.001V01h-0.039V-0.041V10h-5V-5.002VFFh-9.96V-9.968V轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)§12-2DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率2024/7/1748例

若某n位D/A轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度為1/2LSB，則可能出現(xiàn)的最大偏差△A=

=【注意】：精度與分辨率是兩個(gè)不同的參數(shù)。

精度取決于D/A轉(zhuǎn)換器各個(gè)部件的制作誤差,

包括零點(diǎn)、線性、溫漂等項(xiàng)誤差;

分辨率取決于D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。FS2n12FS2n+1轉(zhuǎn)換精度的表示方法：①用偏差△A與滿量程FSR的百分?jǐn)?shù)表示。△A/FSR②用最低位LSB的幾分之幾表示。轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)§12-2DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率2024/7/1749理想情況下DAC的轉(zhuǎn)換特性應(yīng)該是線性的，但實(shí)際上輸出特性并非是理想線性的。將實(shí)際轉(zhuǎn)換特性偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為線性誤差。數(shù)字輸入量模擬輸出量實(shí)際滿量程標(biāo)稱滿量程000001010011100101110111實(shí)際特性理想特性線性誤差二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)§12-2DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率線性誤差2024/7/1750指大信號(hào)工作狀態(tài)下，模擬輸出電壓的最大變化速度。主要取決于運(yùn)算放大器的參數(shù)。單位V/μs建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。應(yīng)用時(shí)，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換速率大于數(shù)字輸入信號(hào)變化率。二、D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)§12-2DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量分辨率轉(zhuǎn)換精度線性誤差建立時(shí)間轉(zhuǎn)換速率建立時(shí)間指從數(shù)字輸入端發(fā)生變化(如從全“0”變?yōu)槿?”)

到模擬輸出達(dá)到穩(wěn)定(即終值±1/2LSB)所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率2024/7/1751三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的分類幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的工作方式§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/17521.D/A轉(zhuǎn)換器的分類按數(shù)字量輸入方式分

并行輸入DAC、串行輸入DAC按模擬量輸出方式分

電壓型輸出DAC、電流型輸出DAC三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1753

按分辨率8位、10位、12位、14位、16位、18位、20位……1.D/A轉(zhuǎn)換器的分類三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器按性能特點(diǎn)分按建立時(shí)間低速、中速、高速和超高速型（>100μs、1~100μs、50ns~100μs、<50ns）按轉(zhuǎn)換精度

高精度、超高精度.2024/7/1754

按內(nèi)部是否有數(shù)據(jù)輸入寄存器分類2024/7/17552、幾種典型D/A轉(zhuǎn)換器AD75248位、中速(建立時(shí)間1us)、電流型、CMOS工藝、功耗只有10mw,精度為1/8LSB。(2)DAC0832

8位并行、中速(建立時(shí)間1us)、電流型、低廉(10~20元)(3)DAC121012位、中速(建立時(shí)間1us)、電流型、高分辨率三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1756(1)、AD75242024/7/1757(1)、AD7524工作原理

CPU把AD7524當(dāng)成一個(gè)由8位數(shù)據(jù)鎖存器構(gòu)成的輸出端口,由地址總線經(jīng)譯碼后形成的I/0片選信號(hào)與AD7524的CS端相連,賦予它一個(gè)端口地址。系統(tǒng)總線的I/0寫信號(hào)IOW接到它的寫使能端WR。設(shè)AD7524的口地址為PORT,被轉(zhuǎn)換的8位數(shù)字兩位DATA，當(dāng)CPU執(zhí)行下列指令后

MOV AL, DATA OUT PORT,AL8位輸入數(shù)據(jù)從D7-D0送到D/A轉(zhuǎn)換器，WR和CS有效，轉(zhuǎn)換立即開始，經(jīng)ts時(shí)間后轉(zhuǎn)換結(jié)束。從輸出端得到一對(duì)電流Io1和Io2。因?yàn)閠s很小，所以指令執(zhí)行完后，轉(zhuǎn)換也就完成了。

三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1758(1)、AD75242024/7/1759(1)、AD7524設(shè)圖12-10中DAC的口地址為8OH,產(chǎn)生鋸齒波的程序段為:START:MOV AL,0FFHAGAIN: INC AL OUT 80H,AL CALL DELAY JMP AGAIN2024/7/1760(2)、D/A轉(zhuǎn)換DAC0832芯片8位并行、中速(建立時(shí)間1us)、電流型、低廉(10-20元)①

引腳和邏輯結(jié)構(gòu)②

DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接③應(yīng)用舉例三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/1761

①.

引腳和邏輯結(jié)構(gòu)

20個(gè)引腳、雙列直插式2024/7/1762①.引腳和邏輯結(jié)構(gòu)20個(gè)引腳、雙列直插式2024/7/1763Vcc

芯片電源電壓,+5V～+15VVREF

參考電壓,-10V～+10V

RFB

反饋電阻引出端,此端可接運(yùn)算放大器輸出端AGND

模擬信號(hào)地DGND

數(shù)字信號(hào)地2024/7/1764DI7~DI0

數(shù)字量輸入信號(hào)其中:DI0為最低位，DI7為最高位2024/7/1765LE1當(dāng)ILE、CS、WR1同時(shí)有效時(shí),LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化WR1,LE=0，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器ILE

輸入鎖存允許信號(hào),高電平有效CS

片選信號(hào),低電平有效WR1

寫信號(hào)1，低電平有效2024/7/1766LE2XFER

轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效WR2

寫信號(hào)2，低電平有效當(dāng)XFER、WR2同時(shí)有效時(shí),LE2=1，

DAC寄存器輸出隨輸入而變化；

WR1,LE=0，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，開始D/A轉(zhuǎn)換2024/7/1767IOUT1

模擬電流輸出端1

當(dāng)輸入數(shù)字為全”1”時(shí),

輸出電流最大，約為：全”0”時(shí),輸出電流為0IOUT2

模擬電流輸出端2IOUT1+IOUT2=常數(shù)255VREF256RFB2024/7/1768

②.DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接1)直通方式一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)2)單緩沖工作方式一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)3)雙緩沖工作方式兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，三、幾種典型的D/A轉(zhuǎn)換器§12-2DA轉(zhuǎn)換器2024/7/17691)直通工作方式:

兩個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)

ILE接高電平,CE、WTZ1、WEL和文FETE都接數(shù)字地DAC處于直通方式,