第6章(4学时)模拟量输入输出

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6.2.2 DAC0832芯片
单电源： 单电源：+5V~+15V Vref：-10V~+10V 低功耗： 低功耗：20mW 分辨率： 位 分辨率：8位 线性误差： 线性误差：0.2%(FSR) 非线性误差： 非线性误差：0.4%(FSR) 建立时间： µ 建立时间：1µs 温度系数： 温度系数：0.002%FSR/℃ ℃ 输出方式： 输出方式：电流
6.3 A/D转换器 A/D转换器
6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 A/D转换的基本原理 A/D转换的基本原理 A/D转换器的主要技术指标 A/D转换器的主要技术指标 ADC0809芯片 ADC0809芯片 0809 ADC芯片与主机的连接 ADC芯片与主机的连接 ADC芯片的应用 ADC芯片的应用
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R-2R梯形电阻网络
D Rf Vo = − n ⋅ ⋅Vref 2 R
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D/A转换器的主要技术指标
分辨率（ 分辨率（Resolution） ） DAC所能分辨的最小电压增量 ， 反映 所能分辨的最小电压增量， 反映DAC对微 所能分辨的最小电压增量 对微 小输入量变化的敏感性。 小输入量变化的敏感性。 分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示， 分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示， 例如分辨率是8位 位等； 例如分辨率是 位、10位、12位等； 位 位等 对一个分辨率为n位的 对一个分辨率为 位的DAC，能够分辨满刻度的 位的 ， 的2-n输入信号
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 寄存器（ 级锁存） 寄存器 级锁存
XFER*、WR2* 、
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直通锁存器的工作方式
两级缓冲寄存器都是直通锁存器
LE*＝1，直通（输出等于输入） ＝ ，直通（输出等于输入） LE*＝0，锁存（输出保持不变） ＝ ，锁存（输出保持不变）
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DAC0832的工作方式：直通方式
第6章 模拟量接口 章
教学重点:
D/A、A/D转换器的工作原理 DAC 0832及其与主机的连接 ADC 0809及其与主机的连接
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目录
6.1 模拟量与数字量 D/A转换器 6.2 D/A转换器
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 D/A转换器的基本原理及技术指标 D/A转换器的基本原理及技术指标 DAC0832 0832芯片 DAC0832芯片 DAC芯片与主机的连接 DAC芯片与主机的连接 DAC芯片的应用 DAC芯片的应用
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D/A转换器的主要技术指标
线性误差 相邻两个数字输入量之间的差应是1 LSB，即理想的 转换特性应是线性的。 在满刻度范围内，偏离理想的转换特性的最大值称 为线性误差。
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D/A转换器的主要技术指标
输出电平 不同型号的D/A转换器件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 则 高 达 24V～30V。 温度系数 在规定的范围内，相应于每变化1°C，增益、线性度、 零点及偏移等参数的变化量。
如果每个支路由一个开关Si 控制，Si=1表示Si 合上， Si=0表示Si断开，则上式变换为 ：
1 Vo = −∑ i SiVref i=0 2
n−1
若Si=1，该项对 O有贡献 ，该项对V 若Si=0，该项对 O无贡献 ，该项对V
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D/A变换原理
与上式相对应的电路如下(图中 与上式相对应的电路如下 图中n=8)： 图中 ：
1 Vo = −Rf ∑ Vi i=0 R i
式中： 为第i支路的 式中：Ri 为第 支路的 输入电阻
n−1
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D/A变换原理
令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准电 压Vref，则有：
n−1 1 1 Vo = −Rf ∑ i Vref = − ∑ i Vref i=0 2 Rf i=0 2 n−1
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D/A变换原理
运放的放大倍数足够大时， 输出电压V 运放的放大倍数足够大时 ， 输出电压 o 与输 入电压V 的关系为： 入电压 in的关系为：
Rf VO = - Vin R
式中： 式中：Rf 为反馈电阻 R 为输入电阻
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D/A变换原理
若输入端有n个支路, 则输出电压Vo与输入 电压Vi的关系为：
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6.1 模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物理量 连续变化的物理量 模拟量
模拟/数字转换器 模拟 数字转换器 ADC
DAC 数字/模拟转换器 数字 模拟转换器
数字量——时间和数值上都离散的量 时间和数值上都离散的量 数字量
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模拟量I/O接口的作用
实际工业生产环境——连续变化的模拟
例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量
模拟信号 现场信号 传感器 1 现场信号 传感器 2 … 现场信号 传感器 n 放大器 低通滤波 模拟信号 放大驱动电路 D/A转换器 转换器 数字信号
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放大器
低通滤波 多 路 开 关
采样保持器
A/D转换器 转换器 数字信号
放大器
低通滤波
微型 计算机
控制信号 受控对象
6.2 D/A转换器
模拟量
DAC 数字/模拟转换器 数字 模拟转换器
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Vout＝－（D/2n）×VREF ＝－（
3. 地线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
数字地
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6.2.3 DAC芯片与主机的连接
DAC芯片相当于一个“输出设备”，至 芯片相当于一个“输出设备” 芯片相当于一个 少需要一级锁存器作为接口电路 考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主 考虑到有些 芯片的数据位数大于主 机数据总线宽度，所以分成两种情况： 机数据总线宽度，所以分成两种情况：
1. 主机位数等于或大于 主机位数等于或大于DAC芯片位数 芯片位数 2. 主机位数小于 主机位数小于DAC芯片位数 芯片位数
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1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接
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DAC0832：单缓冲方式
mov al,buf mov dx, portd out dx,al
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2. 主机位数小于DAC芯片的连接
计算机内部——离散的数字量
二进制数、十进制数
工业生产过程的闭环控制
传感器 模拟量
A/D
数字量
计算机
数字量
D/A
模拟量
执行元件
模拟量输入 (数据采集 数据采集) 数据采集
模拟量输出 (过程控制 过程控制) 过程控制
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传感器 放大器 低通滤波器 6.1 模拟输入输出系统 将各种现场的物理量测量出来 采样保持器 多路开关 、滤去高频干扰 把传感器输出的信号放大到ADC所需 把传感器输出的信号放大到 ， 所需 用于降低噪声、 用于降低噪声 滤去高频干扰， 并转换成电信号（模拟电压或电流） 并转换成电信号（模拟电压或电流） 周期性地采样连续信号， 周期性地采样连续信号， 把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 把多个现场信号分时地接通到 转换器 的量程范围 以增加信噪比 并在A/D转换期间保持不变 并在 转换期间保持不变
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D/A转换器的主要技术指标
转换精度（误差， 转换精度（误差，Error） ） 绝对精度
对应于给定的满刻度数字量， 对应于给定的满刻度数字量 ， D/A实际输出与理论值之 实际输出与理论值之 间的误差。一般应低于1/2LSB。 间的误差。一般应低于 。
相对精度
在满刻度已校准的情况下， 在满刻度已校准的情况下，在整个刻度范围内对应于任 一数码的模拟量输出与理论值之差。 一数码的模拟量输出与理论值之差。 对于线性DAC，相对精度就是非线性度。 对于线性 ，相对精度就是非线性度。 偏差用最小量化阶∆来度量， 偏差用最小量化阶∆来度量，如±1/2 LSB 偏差用相对满刻度的百分比来度量， 偏差用相对满刻度的百分比来度量，如0.05% FSR
数字量
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6.2.1 D/A变换器的基本原理及技术指标 变换器的基本原理及技术指标
D/A变换器的基本工作原理 变换器的基本工作原理 组成：模拟开关、电阻网络、 组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器 两种电阻网络：权电阻网络、 两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻 梯形电阻 网络 基本结构如图： 基本结构如图：
输入 寄 存 器 LE1
DI0～DI7
DAC 寄 存 器
D/A 转 换 器
Iout1
LE2 DAC0832
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2. DAC0832的模拟输出
Iout1、Iout2——电流输出端 电流输出端 Rfb——反馈电阻引出端（电阻在芯片内） 反馈电阻引出端（ 反馈电阻引出端 电阻在芯片内） VREF——参考电压输入端 参考电压输入端
D0～D7
级高4位锁存控制 第1级高 位锁存控制 级高 第1级低 位锁存控制 级低8位锁存控制 级低 第2级12位锁存控制 级 位锁存控制
关键的一级锁存 由同一个信号控制
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无需输出数据
简化的两级锁存电路
4位 位 锁存器 8位 位 锁存器 8位 位 锁存器 12位 位 DAC 模拟输出
D0～D7
级低8位锁存控制 第1级低 位锁存控制 级低 第2级12位锁存控制 级 位锁存控制
数字数据需要多次输出 接口电路也需要多个（ 接口电路也需要多个 （ 级 ） 锁存器保存 多次输出的数据 并需要同时将完整的数字量提供给DAC 并需要同时将完整的数字量提供给 转换器
CPU 8位 位 12位 位 DAC
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两级锁存电路
4位 位 锁存器 8位 位 锁存器 4位 位 锁存器 8位 位 锁存器 12位 位 DAC 模拟输出
LE1＝LE2＝1 输入的数字数据直接进入D/A转换器 输入的数字数据直接进入 转换器