计算机控制系统课设

课程设计(综合实验)报告

（2011 -- 2012 年度第学期）

名称：计算机控制技术与系统

题目：数字控制系统I/O通道方案设计与实现院系：自动化

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数： 1

成绩：

日期： 2012 年月日

《计算机控制技术与系统》课程设计

任务书

一．目的与要求

1．通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；

2．结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；

3．培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；

4．要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的总体设计和分析评估；

5.报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。

二、设计正文

（一）、相关基础知识回顾：

1、DA转换功能定义：

随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器）；A/D转换器和D/A转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。

本报告中采用的设计是51单片机与4个DAC0832组成一个4路同步D/A转换输出电路，可以将4组不同的数字信号进行同步转换输出，再将小信号通过放大器进行放大输出，得到所需要的可以观察的模拟信号。

2、D/A器件性能参数：

⑴分辨率。分辨率是指最小输出电压（对应于输入数字量最低位增1所引起的输出电压增量）和最大输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为1时的输出电压）之比，例如，4位DAC的分辨率为1/(24-1)=1/15=6.67%（分辨率也常用百分比来表示）。8位DAC的分辨率为1/255=0.39%。显然，位数越多，分辨率越高。

⑵转换精度。如果不考虑D/A转换的误差，DAC转换精度就是分辨率的大小，因此，要获得高精度的D/A转换结果，首先要选择有足够高分辨率的DAC。

D/A转换精度分为绝对和相对转换精度，一般是用误差大小表示。DAC的转换误差包括零点误差、漂移误差、增益误差、噪声和线性误差、微分线性误差等综合误差。

绝对转换精度是指满刻度数字量输入时，模拟量输出接近理论值的程度。它和标准电源的精度、权电阻的精度有关。

相对转换精度指在满刻度已经校准的前提下，整个刻度范围内，对应任一模拟量的输出与它的理论值之差。它反映了DAC的线性度。通常，相对转换精度比绝对转换精度更有实用性。

⑶非线性误差。D/A 转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。

⑷转换速率/建立时间。

从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代码所需的时间称为转换时间，转换时间与转换器工作原理及其位数有关，同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间越长。

转换速率实际是由建立时间来反映的。建立时间是指数字量为满刻度值（各位全为1）时，DAC 的模拟输出电压达到某个规定值（比如，90%满量程）时所需要的时间。

建立时间是D/A 转换速率快慢的一个重要参数。很显然，建立时间越大，转换速率越低。不同型号DAC 的建立时间一般从几个毫微秒到几个微秒不等。若输出形式是电流，DAC 的建立时间是很短的；若输出形式是电压，DAC 的建立时间主要是输出运算放大器所需要的响应时间。 (5)、量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有10V 的单极性范围或-5～+5V 的双极性范围。则它们的量程都为10V 。满刻度只是个名义值，实际的A/D ，D/A 转换器的最大输出值总是比满刻度值小1/2n ，n 为转换器的位数。例如12位的A/D 转换器，其满刻度值为10V ，而实际的最大输出值为:

3、D/A 转换的工作原理：

为了将数字量转换为模拟量，需要将每位代码按照其“权”值转换为相应的模拟量(仅指模拟电压)，然后再把对应于各位代码的模拟量加起来，所得模拟量的总和，就是与被转换数字量相对应的模拟量。

D ／A 转换器的具体电路有多种形式，其中解码网络是普通采用的形式，解码网络的主要形式是T 型电阻网络。

推广到n 位，输出模拟量与输入数字量之间关系的一般表达式为：

上式表明，输出电压V0除了和待转换的二进制数成比例外，还和网络电阻R 、运算放大器反馈电阻R0、标准参考电压VREF 有关。

1

01

01

1

0V REF

R I 3I 3I 2I 2I 1I 1I 0

I 0

I 0R R R R 2R 2R 2R 2R b 3

b 2b 1b 0

四位DAC寄存器

.

....

.

.

.

.

.

.

.

R f I Rf

I out1I out2

V out

.A

OA +

-S 3S 2S 1S 0)(9976.94096

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