第十章 模拟接口电路

第十章模拟接口电路

10.1概述

在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一些连续变化的物理量。如：

温度、压力、流量、速度、电流、电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为模拟量(Analog)。计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须先把它们转换成数字量

(Digital)。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模拟数字转换器，简称ADC。同样，计

算机输出的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，必须将这些数字且转换成

模拟量。能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字／模拟转换器，简称DAC。因此，我们常把ADC和DAC器件以及相关电路成为模拟接口电路。

计算机通过ADC或DAC转换器，与外界使用模拟量的设备相连接的技术就是模拟接口技术，它是计算机应用于自动控制领域的基础。一个典型的计算机测控系统如图10-1所示。

图10-1 典型的计算机检测、控制系统框图

10.2 数/模（D/A）转换器

一、D/A转换器的工作原理

1>.D/A转换器的构成

由数据缓冲器，数据寄存器，电源开关，电阻网络及运放构成。

2>. 电阻网络

a.权电阻网络

b. R-2R梯形电阻网络

（从运放构成比例电路加法电路）

由

二、D/A转换器的主要技术指标

1>. 分辨率2>. 稳定时间3>. 输出电平4>. 绝对精度5>. 相对精度6>. 线性误差7>. 温度示数

三、典型D/A转换器芯片

1>. 芯片分类

按转换方式分为串行（慢. 线少长距离）并行（快. 线多短距离）

按工艺双极型 MOS型

按字长 8位 10位…20位

按输出形式电压电流

2>. DAC 0832

a. 管脚图

b. 逻辑结构图

c. 工作方式双缓冲工作方式单缓冲工作方式直通工作方式

d. 主要技术性能

①. 电流建立时间1μm

②. 分辨率8位

③. 线性误差0.2％

④. 非线性误差0.4％

⑤.三种输入方式

⑥. 数字输入与TTL并容

⑦. 温度小数0.002％1℃

⑧. 功耗20mw

⑨. 电源单电源+5～15

⑩. 参考电压+10V ～-10V

10.2.1 D/A转换器的工作原理

一. D/A转换器的工作原理

D/A（Digit to Analog）转换器的主要作用是将二进制的数字量换为相应的模拟量。D/A转换器的主要部件是电阻开关网络。其主要网络形式为权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。

运放工作在成性区域时，输入电压V i与输出电压的关系为

V0=-(R f/R)V i

若输出端有n个支路，则V0与V i关系为：

运算放大器的输入端可以时权电路网络

权电路网络即是每一位的电阻值为2i R(i为该电阻所在的位数)。若每一位电阻都由一个开关S i控制。当S i合上时S i＝1，S i断开时S i＝0，则可得输出模拟电压V0与输入的关系为：

（1）.所有开关S i断开时，V0=0

（2）.所有开关S i合上时，输出电压V0为最大，即V0=-(255/256)V Ref

如果用一个8位二进制代码，分别控制图中的8个开关S i当I位的二进制码位1时，使i位的开关S i合上;若i位的二进制码为0使，相当于该位的S i开关断开，即该位对V0无响应，这就可以组成简单的八位D/A 转换器。

由此可见，D/A转换器的转换精度与基准电压V 的精度、权电阻和电子开关S 的精度及位数有关。显然，位数越多，转换精度越高，但同时所需的权电阻的种类越多。由于在集成电路中制造高阻值的精密电阻十分困难，因此，常用R-2R“T型”电阻网络代替权电阻网络，构成D/A转换器。

R-2R梯形电阻网络原理图如下图。由于这种电阻网络只用两种阻值组成，用集成工艺生产比较容易，精度也容易保证。

在图中，各位开关的状态由数据所存器的对应位所决定。如果第i位数据所存器为1，则相应的该位的开关接至求和点“”，将增加电流；如果数据所存器该位为0，则相应的该位的开关接地，它将不增加电流。为交点处的电压。其中将开关求和点的所有各路的电流累加，并将该电流经过运算放大器转换为电压，则

可见，输出电压正比于输入数字量D，而幅度大小可通过选择基准电压和的比值来调整。

电阻开关网络是构成D/A转换器的主要部件，但在具体电路中，还需要附加其他环节才能完成D/A转换。实际D/A电路原理框图如下：

首先将需要转换的数字量（）通过数据缓冲器送至数据锁存器，并保存到新的数据寸入。锁存器的输出接到电流开关（也称模拟开关，把数码信号的高、低电平变成相应的开关状态。电流开关的电流信号通过电阻网络进行加“权”，合成一个与输入数据等效的模拟电流信号。为了增强驱动能力，还需经过运算放大器并转换为电压信号，才能输出。

通常D/A转换器的输出电压范围有0~+5V，0~+10V，0~ ，0~ 0~ 几种，对于某种非标准的电压范围，可以在输出端加运算放大器来调整。

10.2.2 D/A转换器的主要技术指标

二、主要技术性能

1. 电流建立时间1μm

2. 分辨率8

3. 线性误差0.2％

4. 非线性误差0.4％

5.三种输入方式

6. 数字输入与TTL并容

7. 温度小数0.002％1℃

8. 功耗20mw

9. 电源单电源+5～15

10. 参考电压+10V ～-10V

10.2.3 常用的D/A转换芯片

一、DAC0832引脚及其功能

二、DAC 0832 的工作方式