本章内容 0有关D/A、A/D的基本概念 ●DAC及其接口 ●ADC及其接口 A/D、DA应用举例
· 有关D/A、A/D的基本概念 • DAC及其接口 • ADC及其接口 • A/D、D/A应用举例 本章内容
②学习目的 了解微机控制系统的一般组成 了解DA、AD的基本原理 了解DAC、ADC的主要性能指标 掌握DAC、ADC与CPU的接口及 其应用
了解微机控制系统的一般组成 了解D/A、A/D的基本原理 了解DAC、ADC的主要性能指标 掌握DAC、ADC与CPU的接口及 其应用 学习目的
13.1D/A与AD接口概迷 、一个典型的计算机自动控制系统 数/模(DA)和模微数(A/D)转换技术主要用于计 算机实时控制和自动测量系统中。在工业控制和参数测 量时,经常会遇到如温度、压力、流量等连续变化的物 理量(通称模拟量)。用计算机处理这些模拟量必须先 将其转换为电信号,然后再经AD转换器将其转换为数字 量。对于大多数的被控对象,计算机加工处理后输出的 数字形式控制信号还应经DA转换变成模拟量。才能推动 执行机构工作。 个包含AD和DA转换的计算机闭环自动控制系统 如下图所示
13.1 D/A与A/D接口概述 一、一个典型的计算机自动控制系统 数/模（D/A）和模/数（A/D）转换技术主要用于计 算机实时控制和自动测量系统中。在工业控制和参数测 量时，经常会遇到如温度、压力、流量等连续变化的物 理量（通称模拟量）。用计算机处理这些模拟量必须先 将其转换为电信号，然后再经A/D转换器将其转换为数字 量。对于大多数的被控对象，计算机加工处理后输出的 数字形式控制信号还应经D/A转换变成模拟量。才能推动 执行机构工作。 一个包含A/D和D/A转换的计算机闭环自动控制系统 如下图所示
AD vO 生产过程 传感器 转换 接口 计算 器 机 执行机构 D/A VO 转换 接口 器 图131典型的计算机自动控制系统
生 产 过 程 传感器 执行机构 A/D 转 换 器 I/O 接口 计 算 机 D/A 转 换 器 I/O 接口 图13.1 典型的计算机自动控制系统
、模/数转换器(ADC)的主要性能参数 1.分辨率( Resolution) 它表明AD对模拟信号的分辨能力,由它确定能被 A/D辨别的最小模拟量变化 2.量化误差( Quantizing error) 在AD转换中由于整量化产生的固有误差。量化误 差在±1/2LSB(最低有效位)之间。 例如 个8位的AD转换器,它把输入电压信号分成28=256层 者它的量程为0-5V,那么,量化单位q为: =电压量程范围5.0.0195V=19.5mV 256
二、模/数转换器(ADC)的主要性能参数 1. 分辨率（Resolution） 它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被 A/D辨别的最小模拟量变化。 2. 量化误差（Quantizing error） 在A/D转换中由于整量化产生的固有误差。量化误 差在±1/2LSB（最低有效位）之间。 一个8位的A/D转换器，它把输入电压信号分成2 8=256层， 若它的量程为0~5V，那么，量化单位q为： q = = ≈0.0195V=19.5mV n 2 电压量程范围 256 5.0V 例如
3转换时间( Conversion time) 转换时间是AD完成一次转换所需要的时间。一般转换 速度越快越好,常见有高速(转换时间<1us)、中速(转 换时间<1ms)和低速(转换时间<1s)等。 4.绝对精度 对于AD,指的是对应于一个给定量,AD转换器的误 差,其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。 5.相对精度 对于AD,指的是满度值校准以后,任一数字输出所对 应的实际模拟输入值(中间值)与理论值(中间值)之差。 例如,对于一个8位0~+5V的AD转换器,如果其相对误差 为1LSB,则其绝对误差为195mV,相对误差为039%
3. 转换时间（Conversion time） 转换时间是A/D完成一次转换所需要的时间。一般转换 速度越快越好，常见有高速（转换时间<1us）、中速（转 换时间<1ms）和低速（转换时间<1s）等。 4. 绝对精度 对于A/D，指的是对应于一个给定量，A/D转换器的误 差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。 5. 相对精度 对于A/D，指的是满度值校准以后，任一数字输出所对 应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。 例如，对于一个8位0~+5V的A/D转换器，如果其相对误差 为1LSB，则其绝对误差为19.5mV，相对误差为0.39%
三、数模转换器(DAC的主要性能参数 1.分辨率( Resolution) 分辨率表明DAC对模拟量的分辨能力,它是最低有 效位(LSB)所对应的模拟量,它确定了能由D/A产生 的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示DAC 的分辨率,如分辨率为8位的D/A能给出满量程电压的 1/28的分辨能力,显然DAC的位数越多,则分辨率越高。 2.线性误差( Linearity error) D/A的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与 满量程之间的百分比称为线性误差
三、数/模转换器(DAC)的主要性能参数 1. 分辨率（Resolution） 分辨率表明DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有 效位（LSB）所对应的模拟量，它确定了能由D/A产生 的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示DAC 的分辨率，如分辨率为8位的D/A能给出满量程电压的 1/28的分辨能力，显然DAC的位数越多，则分辨率越高。 2. 线性误差（Linearity error） D/A的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与 满量程之间的百分比称为线性误差
3建立时间〔 Setting time) 这是DA的一个重要性能参数,定义为:在数字输入端 发生满量程码的变化以后,DA的模拟输出稳定到最终值 士12LSB时所需要的时间。 4.温度灵敏度 它是指数字输入不变的情况下,模拟输出信号随温度 的变化。一般D/A转换器的温度灵敏度为士50PPM℃。 PPM为百万分之一。 5.输出电平 不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大,一般为 5V~10V,有的高压输出型的输出电平高达24V~30V
3. 建立时间（Setting time） 这是D/A的一个重要性能参数，定义为：在数字输入端 发生满量程码的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值 ±1/2LSB时所需要的时间。 4. 温度灵敏度 它是指数字输入不变的情况下，模拟输出信号随温度 的变化。一般D/A转换器的温度灵敏度为±50PPM/℃。 PPM为百万分之一。 5. 输出电平 不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大，一般为 5V~10V，有的高压输出型的输出电平高达24V~30V
13.2DAC0832数/模转换器 DAC0832是一种相当普遍且成本较低的数 模转换器。该器件是一个8位转换器,它将一个 8位的二进制数转换成模拟电压。 、DAC0832的内部结构与引脚图 图132给出了DAC0832的内部结构。 图133给出了DAC0832的引脚图
13.2 DAC0832数/模转换器 一、DAC0832的内部结构与引脚图 图13.2 给出了DAC0832的内部结构。 图13.3 给出了DAC0832的引脚图。 DAC0832是一种相当普遍且成本较低的数/ 模转换器。该器件是一个8位转换器，它将一个 8位的二进制数转换成模拟电压
:锁存器 锁存器2 转换器 Do Q( DIA REF DDDDDDDD D,Q DI Q D2 Q Q2 OUT2 D3 Q D3 Q3 ouTI DDD QQQQ DDD QQ Q RFB Q ILE WR XFER R .非非非中申非非非非非申。。非非非非非非非 图132DAC083的内部结构¨
ILE CS WR1 XFER WR2 D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 G D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 G D0 D/A D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VREF IOUT2 IOUT1 RFB 锁存器1 锁存器2 转换器 图13.2 DAC0832的内部结构