模拟量输出通道详解

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当CS、WR1为低电平“0”，BYTE1/为高电平“1”时，与门 的输出LE1、LE2为“1”，选通 8 位和 4 位两个输入寄存器， 将要转换的12位数据全部送入寄存器；当BYTE1/为低电平“0” 时，LE1为“0”，8位输入寄存器锁存刚传送的 8 位数据，而 LE2仍为“1”，4 位输入寄存器仍为选通，新的低 4 位数据 将刷新刚传送的 4 位数据。因此，在与计算机接口电路中， 计算机必须先送高 8 位后送低 4 位。XFER(传送控制信号、 低电平有效)和WR2(写信号、低电平有效)用来控制 12 位DAC 寄存器，当XFER和WR2同为低电平“0”时，与门输出LE3为 “1”，12 位数据全部送入DAC寄存器，当XFER和WR2有一个为 高电平“1”时，与门输出LE3即为“0”，则12位DAC寄存器锁 存住数据使12位D/A转换器开始数摸转换。

PC 总 线
接 口 电 路
D/A
V/I
通道
1
D/A 图 3-1 多D/A结构
V/I
通道
n
(a)
特点：1、一路输出通道使用一个D/A转换器
2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器
3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用
4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立 5、 缺点是所需D/A转换器芯片较多
I OUT D3 I 3 D2 I 2 D1 I1 D0 I 0
I OUT ( D3 2 D2 2 D1 2 D0 2 )
3 2 1 0
VREF 2 R
4
考虑到放大器反相端为虚地，故：
I Rfb I OUT
选取 Rfb = R ，可以得到：
采样保持器
PC 总 线
接 口 电 路
D/A
多 路 开 关
采样保持器
V/I
1 通道
V/I
பைடு நூலகம்通道n
图 3-1 （b）共享D/A结构
特点：1、多路输出通道共用一个D/A转换器
2、每一路通道都配有一个采样保持放大器
3、 D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用
4、采样保持器实现模拟信号保持功能 5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠低、占用主 机时间
（1）分辨率
分辨率--是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模
拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应
输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位
数，数字量位数越多，分辨率也就越高 。其分辨 率与二进制位数n呈下列关系： 分辨率 = 满刻度值/（2n-1）=VREF / 2n
（2）转换精度
转换精度--是指转换后所得的实际值和理
n2
D1 2 D0 2 )
1 0
VREF 2
n
B
VREF 2
n
结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关， 还与运算放大器的反馈电阻 Rfb以及基准电压VREF有关。
2．D/A转换器的性能指标
D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要 参数，也是选用D/A芯片型号的依据。主要性能 指标有： （1）分辨率 （2）转换精度 （3）偏移量误差 （4）稳定时间
4 位 输 入 寄存 器
AGND Q D Q
D
LE2 BYTE 1 / BYTE2 CS W R1 XFER W R2
LE3
VR =1时 ， Q =D ; =0时 ， 锁 存 数 据 V
E F
当
LE
当 LE
c c
DGND
图2-4 DAC1210原理框图及引脚
3 -4
图
D A C 1210原 理 框 图 及 引 脚

2.1.3
主要知识点
12位DAC1210芯片
（1） DAC1210性能 （2） DAC1210工作原理
（1） DAC1210性能
DAC1210--是一个12位D/A转换器，电 流输出方式，其结构原理与控制信号功 能 基 本 类 似 于 DAC0832 。 由 于 它 比 DAC0832多了4条数据输入线，故有24条 引脚，DAC 1210内部原理框图如图2-4所 示，其同系列芯片DAC1208、DAC1209可 以相互代换。
（3） DAC0832管脚功能
DI0~DI7 ：数据输入线，其中DI0 为最低有效位LSB ，DI7 为 最高 有效位MSB。 CS：片选信号，输入线，低电平有效。
WR1：写信号1，输入线，低电平有效。
ILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 当ILE、和同时有效时，8位输入寄存器端为高电平"1"，此时寄 存器的输出端Q跟随输入端D的电平变化；反之，当端为低电平 "0"时，原D 端输入数据被锁存于Q端，在此期间D端电平的变化
（2） DAC1210工作原理
DAC1210内部有三个寄存器： 一个8位输入寄存器，用于存放12位数字量中的高8 位DI11~DI4 ；一个4位输入寄存器，用于存放12位数字 量中的低4位DI3 ~DI0； 一个12位DAC寄存器，存放上述两个输入寄存器送来 的12位数字量； 12位D/A转换器用于完成12位数字量的转换。 由与门、非与门组成的输入控制电路来控制3个寄存 器的选通或锁存状态。其中引脚（片选信号、低电平 有效）、（写信号、低电平有效）和BYTE1/（字节控 制信号）的组合， 用来控制 8 位输入寄存器和 4 位 输入寄存器。
论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的概
念。例如，满量程时的理论输出值为10V，实
际输出值是在9.99V~10.01V之间，其转换精度 为±10mV。对于分辨率很高的D/A转换器并不 一定具有很高的精度。
（3）偏移量误差
偏移量误差--是指输入数字量时，输
出模拟量对于零的偏移值。此误差可通
过D/A转换器的外接 VREF 和电位器加以调
REF
DGND V
CC
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DAC0832的原理框图及引脚如图2-3所示。 DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、 8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。 8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，
使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；
8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加 以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的 模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电 路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。
第二章
本章要点
模拟量输出通道
• 1.模拟量输出通道的结构组成与模板通用性； • 2.8位D/A转换器DAC0832的原理组成及其接口电路 • 3.12位D/A转换器DAC1210的原理组成及其接口电路 • 4. D/A转换器的输出方式及其输出电路
本章主要内容

引言 2.1 D/A转换器


(M S B ) D I7 D I6 D I5 D I4 D I3 D I2 D I1 D I0 (L S B ) IL E D Q D Q Rfb 8位 DAC 转换器 8位 输入 寄存器 8位 DAC 寄 存 器
I O U T1 I O U T2
D
Q LE1
D
Q LE2
AGND
V CS W R1 XFER W R2 图 3 -3 D A C 0832原 理 框 图 及 引 脚 当 LE=1时 ,输 出 数 据随输入变化。 当 LE=0时 ,输 出 数 据被锁存。
大器的输出端。
VREF：基准电压源端，输入线，10 VDC~ 10 VDC。 VCC：工作电压源端，输入线，5 VDC~ 15 VDC。
当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高 电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就 是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平 “0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第 二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行 D/A转换。 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接 地，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通， 只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓 冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即 把两个寄存器都分别接成受控方式。
数字量输入 D3 D2 D1 D0 IO U T A
+
I R fb
R fb
VO U T
位切换 开 关
1
0 BS3
1
0 BS2
1
0 BS1
1
0 BS0
运算放大器
I3 基准 电压
2R
I2 R
2R
I1 R
2R
I0 R
2R
2R
V R EF
R --2 R 电 阻 网 络 图 3 -2 D /A 转 换 器 原 理 框 图
(M S B ) D I 11 D I1 0 D I9 D I8 D I7 D I6 D I5 D I4
D
Q
D
Q
8 位 输 入 寄存 器
R 12位 DAC 寄 存 器 Q D Q
f b
12位 D /A 转 换 器 I O UT 2 Q IO U T 1
D
LE1 D Q D
D I3 D I2 D I1 D I0 (L S B )
整。
（4）稳定时间
稳定时间--是描述D/A转换速度快慢的一个
参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到 终值误差1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时 间越大，转换速度越低。对于输出是电流的 D/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几微 秒，而输出是电压的D/A转换器，其稳定时间 主要取决于运算放大器的响应时间。
2.2
☏ ☏
接口电路
DAC0832接口电路 DAC1210接口电路
2.2.1 2.2.2
2.2.1
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
DAC0832接口电路
D I7 D I6 D I5 D I4 D I3 D I2 D I1 D I0 D 8位 输 入 寄 存 器 D Q LE1 Q D 8位 DAC 寄 存 器 D Q LE2 V REF CS W R1 XFER W R2 Q 8位 DAC 转 换 器 AGND R fb IO U T1 IO U T2
2.2 接口电路
2.3 输出方式 2.4 D/A转换模板 本章小结 思考题
引

言
模拟量输出通道的任务--把计算机处理后的数字量信号 转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器， 从而达到控制的目的; 模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--一般是由 接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变 换器等; 模拟量输出通道基本构成--多D/A结构（图2-1(a)）和共 享D/A结构（图中2-1(b)）
VOUT I RF R f ( D3 2 D2 2 D1 2 D0 2 )
3 2 1 0
VREF 2
4
对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压VOUT与输入二进制数 B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成：
VOUT ( Dn1 2
n1
Dn2 2
不影响Q端。
XFER(Transfer Control Signal):传送控制信号，输入 线， 低电平有效。
IOUT1 ：DAC电流输出端1，一般作为运算放大器差动输入
信号之一。 IOUT2 ：DAC电流输出端2，一般作为运算放大器另一个差 动输入信号。 Rfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放
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假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1” 端相连。根据电流定律，有：
I3 VRE F 2R 2
3
VRE F 2 R
4
I2
I3 2
2
2
VRE F 2 R
4
I1
I2 2
2
1
VREF 2 R
4
由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、 D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式：
2.1.2 8位DAC0832芯片
主要知识点
（1） DAC0832性能 （2） DAC0832工作原理 （3） DAC0832管脚功能
（1） DAC0832性能
一个8位D/A转换器
电流输出方式
稳定时间为1μs
采用20脚双立直插式封装
同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831
（2） DAC0832工作原理
2.1
主要内容
۩ ۩ ۩
D/A转换器
2.1.1 工作原理与性能指标理 2.1.2 8位DAC0832芯片 2.1.3 12位DAC1210芯片
2.1.1
工作原理与性能指标
主要知识点
1、D/A转换器工作原理
2．D/A转换器的性能指标
1、D/A转换器工作原理
现以 4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理，如图 2-2 所示。