《微型计算机原理与接口技术》第12章 模拟量输入输出接口技术

第12章模拟量输入输出 接口技术 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

本章主要教学内容 ØD/A、A/D转换器的基本概念及基本结 构 ØD/A、A/D转换器的工作原理及其特点 ØD/A、A/D转换器的选用方法和编程技 术 Ø模拟接口技术的应用 第12章 模拟量输入输出 接口技术

12.1模拟接口概述蕌 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、加工和输岀,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。A①D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

12.1 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

D/A 转换器 执行机构 微型计算机 工业生产现场 A/D 传感器与 转换器 数据采集 图12-1微机测控系统框图

微型计算机 D/A 转换器 A/D 转换器 执行机构 传感器与 数据采集 工业生产现场 图12-1微机测控系统框图

122典型D/A转换器芯片 1221DA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DA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

12.2 典型D/A转换器芯片 12.2.1 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 DA转换器进行一次数字量到模拟量的转换需要的时间,称 为DA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。DA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,一般来说,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: ⅹ= KX VREF×B 其中ⅹ为模拟量输出,K为比例常数,Vp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. 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。 X  K  VREF  B

(1)二进制加权电 Rf 阻网络型D/A转换器 REF R 二进制加权电阻网络 型D/A转换器的结构 n-2 2R 如图12-2所示。该电 n-34R 路由权电阻(产生二 进制权电流的电阻网 络)、位切换开关 2R (K1~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DA转换器

（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。 R 2R 4R Rf 2 R N1 VREF d0 dn2 dn3 dn1 k1 k2 k3 kn k1 k2 k3 kn -+ 图12-2 二进制加权电阻网络型D/A转换器

(2)梯形电阻网络D/A转换器 梯形电阻网络DA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 2R 2R KI Rf 2R K2 d 1 2R Kn-1 2R K REF 图12-3行扫描法识别按键

图12-3 行扫描法识别按键 （2）梯形电阻网络D/A转换器 R 2R R f V R E F d 0 n 2 d  1 d n 1 d  K 1 K 2 K n -1 K n -+ 2R 2R 2R 2R R 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 1222八位DA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

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 12.2.2 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lus 非线性误差为0.20%FSR; 温度系数为2×10-6/°C >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~+15V

DAC0832主要技术指标如下： Ø分辨率为8位； Ø输出电流稳定时间，即转换速度约为1μs； Ø非线性误差为 0.20%FSR； Ø温度系数为2×10-6/℃； Ø工作方式为双缓冲、单缓冲和直通方式； Ø逻辑输入与TTL电平兼容； Ø功耗为20mW； Ø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

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