第11章 AD-DA转换接口.ppt
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1、同济大学电信学院同济大学电信学院第11章D/A和A/D转换11.1概述11.2D/A转换原理11.3DAC0832及应用11.4A/D转换原理11.5ADC0809及应用同济大学电信学院同济大学电信学院主要知识点l掌握D/A和A/D的基本概念l掌握D/A接口芯片DAC0832l掌握A/D接口芯片ADC0809同济大学电信学院同济大学电信学院在许多工业生产过程中,参与测量和控制的物理量,往往是连续变化的模拟量,例如温度、压力、流量、位移、电压、电流等,而计算机只能处理数字量的信息。11.1概述同济大学电信学院同济大学电信学院 外界的模拟量要输入计算机,必须要经过A/D(Analog to Dig
2、it)转换器,将其转换成计算机所能接受的数字量,才能进行运算、加工处理。若计算机的控制对象是模拟量,也必须先把计算机输出的数字量经过D/A(Digit to Analog)转换器,将其转换成模拟量形式的控制信号,才能去驱动有关的控制对象。11.1概述同济大学电信学院同济大学电信学院11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 1.模拟量输入组成 (1)传感器 将一些被测的非电物理量转换成电量(电压和电流)的器件,如将温度、流量、压力等转换成对应的电量。传感器也称为一次仪表。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 (2)信号处理 将传感器送来的微弱电
3、量信号进行放大、滤波或极性转换。(3)多路开关 就是一个可控的电子开关,用于对输入量的选择。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 (4)采样保持器 将输入到A/D转换器被转换的电量在转换期间保持不变。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 11.1.1模拟量输入与输出通道 (5)A/D转换器 将电量转换成数字量,以便计算机存储和处理。同济大学电信学院同济大学电信学院 2.模拟量输出组成 (1)数据锁存器 存放将被转换的数字量,在数字量被转换过程,保持数据的稳定。(2)D/A转换器 将数字量转换成电量。(3)放大驱动 将D/A输出的电量放大到
4、能驱动被控对象。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 3.模拟信号的采样、量化和编码 (1)模拟信号的采样和保持 模拟量是连续变化的,而计算机进行采样时有间隔的,因此,采样信号就在时间上是离散的,为保证采样的正确性,采样频率应是模拟量最高频率的两倍。f2fmax fmax:模拟量频率 实际应用时,采样频率大于模拟量最高频率的5-10倍。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 (2)量化 采样的信号一定要量化(即数字化)后才能进入计算机。量化的最小单位:q=(模拟量的幅值)/2n-1 n:为量化的二进制位数 例:模拟量幅值为0-5V,而量化的
5、二进制为8位,则:q=5V/28-1=5V/255=0.0196V11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院 如用16位二进制量化,则:q=5V/216-1=5V/65535=0.00007629V 注:量化的位数越多,分辨率越高。(3)编码 二进制编码一般用:原码、补码和移码。11.1.1模拟量输入与输出通道同济大学电信学院同济大学电信学院11.2数模(D/A)转换器 D/A转换器是计算机或其他数字系统与模拟量控制对象之间联系的桥梁,它的任务是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。在工业控制领域中,D/A转换器是不可缺少的重要组成部分。同济大学电信学院同济大学电信学
6、院11.2.1 D/A转换的基本原理为了把一个数字量变为模拟量,必须把每一位的数码按照权来转换为对应的模拟量,再把各模拟量相加,这样,得到的总模拟量便对应于给定的数据。11.2数模(D/A)转换器同济大学电信学院同济大学电信学院 D/I是数字变电流电路,将输入的数字(bitn-bit1)转换位电流I,运放将电流变为电压Vo,所以,Vo正比于D。Vo=IRf11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院11.2.1D/A转换原理 R-2R-T电阻解码网络同济大学电信学院同济大学电信学院111.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院011.2.1D/A转换原理同济大学电信
7、学院同济大学电信学院当输入1000B时11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院l输入1000B等效电路11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院当输入0100B时11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院l输入0100B等效电路11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院当输入0010B11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院l输入0010B等效电路11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学
8、电信学院11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院当输入0001B11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院l输入0001B等效电路11.2.1D/A转换原理同济大学电信学院同济大学电信学院从上可见,流过S点的电流符合二进制规律。11.2.1D/A转换原理输入输入S S点电流点电流100010001 1010001000.50.5001000100.250.25000100010.1250.125同济大学电信学院同济大学电信学院 1.分辨率 指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为1与最大输出电压(对应的输入数字量为全1)之比。如:N位的D/A,其分辨率
9、为:1/2N-1 注:位数越多,分辨率越高。11.2.2D/A转换器的主要指标同济大学电信学院同济大学电信学院 2.稳定时间 指D/A转换器加上满刻度的变化(如输入从全0变为全1)时,其输出达到稳定(一般达到满刻度值1/2LSB)所需的时间。3.输出形式 电压型D/A 输出为0-5V或0-10V等 电流型D/A 输出为0-10mA或4-20mA等 11.2.2D/A转换器的主要指标同济大学电信学院同济大学电信学院 4.绝对精度 对于给定的满刻度数字量(全1),D/A实际输出的电压与理论值之间的误差,一般应小于1/2LSB。5.相对精度 在满刻度已校准的条件下,在整个刻度范围内对应于任一输入数字
10、量的模拟量输出与理论输出之差。11.2.2D/A转换器的主要指标同济大学电信学院同济大学电信学院11.2.3D/A转换器输出1.电流型D/A连接成电压输出方式反相输出:反相输出:Vout=-IRVout=-IR同相输出可调:同相输出可调:Vout=IRVout=IR(1+R2/R1)1+R2/R1)同济大学电信学院同济大学电信学院2.单极性和双极性输出方式11.2.3D/A转换器输出单极性输出方式单极性输出方式双极性输出方式双极性输出方式同济大学电信学院同济大学电信学院 1DAC0832(1)DAC0832的逻辑结构11.3典型D/A转换器同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.1DAC08
11、32结构及引脚同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.1DAC0832结构及引脚D7-D0:数据线nCS:片选信号nWR1:数据写入信号1,有效时将数据写入数据寄存器。ILE:输入寄存器允许信号,与nWR1及nCS共同选通输入寄存器。nXFER:从输入寄存器向DAC寄存器传送数据的控制信号。nWR2:DAC寄存器选通信号,与nXFER共同选通DAC寄存器。同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.1DAC0832结构及引脚Rfb:内用于外接D/A输出增益调整电位器,或接放大器输出端部反馈电阻引脚。Vref:D/A转换的参考电压,-10V+10V,该电压的精度决定了转换的精度。Iout1:转换
12、器输出电流端,DAC寄存器为全1时,输出电流最大,为全0时,输出电流为0。Iout2:输出电流端,Iout1+Iout2=常数AGND:模拟信号地DGND:数字信号地同济大学电信学院同济大学电信学院DAC0832有三种工作方式11.3.2DAC0832工作方式 直通方式 单缓冲方式 双缓冲方式同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.2DAC0832工作方式1.直通方式 在此方式下,只要CPU数据上D7-D0,D/A转换器马上进行数模转换,nCS、nWR1、nWR2、nXFER均接地,ILE接高。同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.2DAC0832工作方式2.单缓冲方式 在此方式下,只要
13、CPU数据送入输入寄存器,D/A转换器马上进行数模转换,nWR2、nXFER均接地。同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.2DAC0832工作方式3.双缓冲方式 在此方式下,CPU数据送入输入寄存器,D/A转换器不进行数模转换,只有将数据送入DAC寄存器,才进行转换。同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.3D/A转换器接口同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.3DAC0832应用 例:让DAC0832输出一个锯齿波,采用单缓冲方式,设接口地址为30H。同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.3DAC0832应用 1.逻辑图同济大学电信学院同济大学电信学院11.3.3DAC0832
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