第二章 输入输出接口和输入输出通道 2-4讲解

R 2R 2R
～～
R
R
2R
RL IL 2R 2R 2R
Sn
…
S3
S2
S1 UR
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：
R
R
～～
2R 2R
2R
…
2R
R
2R
RL IL
2R 2R 2R
I
UR
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：
2R
R
2R
RL IL
2R 2R 2R
I = UR
I
3R
I
IL= 4 = 2-2 I
UR （D2=1， D1 , D3, 。。。 , Dn=0）
二、串行D/A转换器的工作原理
工作原理：先把数字量转换成一系列的脉冲，一个
一种实用步进电机串行D/A转换电路
1
方
+5V
向
1kΩ×3
YB013
来自百度文库
+△
A
1
光
驱
X
-△
电
动
轴
环B
1
隔
电
步
形 分C 配
离
1
电 路
路
进 电 动
器
机
来自
8253的
CP
OUT0
串行D/A转换器原理框图
脉冲 发生器
控制电路
环形 分配器
功率 放大
步进 电动机
U
输出
计数器
2n … 21 20
D
2.5.2 D/A转换器的性能指标
选择D/A转换器时，主要应考虑下列几个问题： 1、分辨率：当输入数字量变化1时，输出模拟量变化大 小。它反映了计算机数字量输出对执行部件控制的灵 敏程度。对一个N位的D/A转换器
满刻度值
分辨率=
2N （V/步）
例：满刻度值值为5.12V单极性输出，
8位D/A转换器 分辨率=
5.12V
=
5.12V
= 20mV/步
一、并行D/A转换器的工作原理
权：数字量的每个数位所代表的值。如：8位二进制数的 最低位的权为20=1，最高位的权为27=128 数字量转换成模拟量（D/A转换）：把每一位上的代码按 其权的大小转换成相应的模拟量，再把代表各位的模拟量 相加。 D/A转换器的组成： 1. 电阻网络：实现数字量往模拟电流的转换 2. 运算放大器：完成模拟电流相加并变为模拟电压输出
T型电阻网络分析
结论：根据叠加原理，流经负载电阻的电流
IL 的表达式为：
IL= =
（ UR
2-1 D1+ 2-2 D2 + (2-1 D1+ 2-2 D2
…+ 2-n Dn) I + …+ 2-n Dn)
3R
取 Rf=3R，则 – U0= IL Rf = UR（ 2-1 D1+ 2-2 D2 + …+ 2-n Dn)
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：
I = UR 3R
2R 2R
RL IL I 2R
I IL= 2 = 2-1I （D1=1，D2 , 。。。 , Dn=0）
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：
3. 位切换开关 4. 基准电压
电阻网络
类型：
1. 权电阻网络：所用的电阻阻值范围很大 (20R、 21R、…2nR)，各电阻阻值都不相同，工艺上难于制 造。 2. T型电阻网络：只有R和2R两种电阻构成网络。 特点：任何一个节点的三个分支的等效电阻是相等的 分析方法：线性网络，应用叠加原理
2.5.2
脉冲相当于数字量的一个单位，再把每一个脉冲变成 单位模拟量，然后将所有单位模拟量相加，从而得到 和数字量成正比的总的模拟量输出。
常用的串行D/A转换器：步进电动机
一个脉冲
转动一个固定角度
一个个脉冲
角位移或线位移量
若让步进电动机转轴带动多圈电位器，调节电压或电 流，则完成了数字量 转角 电信号的转换
10位D/A转换器 分辨率=
28 5.12V
210
1024 = 5.12V
4096
= 20mV/步
返回本节
2. 稳定时间：D/A转换器转换速率的量度，是指D/A转
换器代码有满刻度值变化时，其输出达到并保持在所
给定的百分数误差（通常为±
1 2
LSB）范围内所需要
的时间。一般为几十纳秒到几微秒
3. 输入编码：二进制编码、BCD码、符号-数值码等。
R 2R 2R
～～
R
R
2R
RL IL 2R 2R 2R
Sn
…
S3
S2
S1 UR
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：
R 2R 2R
～～
R
R 2R
RL IL 2R 2R 2R
Sn
…
S3
S2
2R
S1 UR
第五节 D/A转换器
2.5.1 D/A转换器的原理 2.5.2 D/A转换器的性能指标 2.5.3 典型的D/A转换器芯片DAC0832 2.5.4 12位D/A转换器DAC1210
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R 2R 2R
～～
R
R
2R RL IL
- If +A
U
2R 2R 2R
Sn
S3
S2
S1
…
2-n Dn
UR
2-3 D3 2-2 D2 2-1 D1
R 2R 2R
～～
R
R
2R RL IL
- If +A
U
2R 2R 2R
Sn
S3
S2
S1
…
2-n Dn
UR
2-3 D3 2-2 D2 2-1 D1
R 2R 2R
～～
R
R
2R RL IL
- If +A
U
2R 2R 2R
Sn
S3
S2
S1
…
2-n Dn
UR
2-3 D3 2-2 D2 2-1 D1
输出电压U0和 1. 输入的数字量 2. 反馈电阻Rf 3. 标准电压UR
有关
2.5.1 D/A转换器的原理
作用：把数字量转换成模拟量的器件。
种类：并行（电流相加型和电压相加型）； 串行（步进电机的控制）
在工业控制中，主要使用并行D/A转换器。 D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开，然 后相加”。因此，D/A转换器内部必须要有一 个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络 和T型电阻网络。
T型电阻网络构成的D/A转换器
R 2R 2R
～～
R
R
2R RL IL
- If +A
U0
2R 2R 2R
Sn
…
2-n Dn
S3
S2
S1
UR
2-3 D3 2-2 D2 2-1 D1
T型电阻网络分析
a)当S1接到电源电压UR ，而S2， S3，… Sn 接地，即 输入信号D1为1， D2 ～ Dn为零时，其等效电路为：