微机原理与接口技术－－李云强 第11章 模拟接口技术

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1、微机原理与接口技术中国水利水电出版社主编李云强第11章模拟接口技术本章导读并行接口和串行接口都是数字接口，是计算机中普遍采用的计算机与外设连接的桥梁。数字接口处理的是数字量信息，然而在现实世界中有很多信息例如声音、电压、电流、流量、压力、温度、位移和速度等都是不数字量的，它们都是连续变化的物理量，所谓连续，一是从时间上来说，这些信息是随时间连续变化的；二是这些信息的数值也是连续变化的。将这些连续变化的物理量称为模拟量。计算机是处理数字量信息的设备，要处理模拟量信息就必须有一个模拟接口，通过这个模拟接口，将模拟量信息转换成数字量信息，以供计算机运算和处理；然后，再把计算机处

2、理过的数字量信息转换为模拟量信息，以实现对被控制量的控制。了解和掌握数字与模拟接口的相关概念及其设计方法具有十分重要的意义。本章主要讨论数/模、模/数转换的基本原理，模拟量的8位D/A转换器DAC0832与8位A/D转换器ADC0809的接口技术和性能参数，同时介绍各自与微机接口时应考虑的事项。第11章模拟接口技术11.1概述11.2D/A(数/模)转换器11.3A/D(模/数)转换器11.1概述将数字量转换成相应模拟量的过程称为数字/模拟转换，简称数/模转换，或D/A转换(DigitaltoAnalogConversion)，完成这种转换的装置称为D/A转换器(Digi

3、taltoAnalogConverter，DAC)；反之，将模拟量转换成相应数字量的过程称为模拟/数字转换，简称模/数转换，或A/D转换(AnalogtoDigitalConversion)。完成这种转换的装置称为A/D转换器(AnalogtoDigitalConverter，ADC)。A/D转换和D/A转换在控制系统和测量系统中有非常广泛的用途，图11-1是一个计算机自动控制系统的方块图。在生产或实验的现场，有多种物理量，如温度、压力、流量等，它们先通过传感器转换成电信号(电流或电压信号)，然后经过滤波放大后送到A/D转换器去，模拟量被转换成数字量，再送给微型计算机。微

4、型计算机对这些数字量进行处理加工后，再由D/A转换器转换成模拟信号，在对这些模拟信号进行一定的调理后，由执行部件产生相关的控制信号去控制生产过程或实验装置中的各种参数，这就形成了一个计算机闭环自动控制系统。图11-1计算机自动控制系统11.2D/A(数模)转换器11.2.1D/A转换器的工作原理D/A转换器一般由基准电压源、电阻解码网络、运算放大器和数据缓冲寄存器等部件组成。各种D/A转换器都可用图11-2所示的结构框图来概括，其中电阻解码网络是其核心部件，是任何一种D/A转换器都必须具备的组成部分。图11-2D/A转换器结构框图1.权电阻网络型D/A转换器(1)电路的构

5、成及各部分的作用。权电阻D/A转换器的电路原理图如图11-3所示，它由双向电子开关、基准电压源、权电阻网络和运算放大器等部分组成。1）双向电子开关Sn-1，Sn-2，…，SlS0。双向电子开关通常由场效应管构成，每位开关分别受对应的输入二进制数码bn-1，bn-2，…，blb0的控制。每一位二进制数码bi(0或1)控制一个相应的开关Si(i=0，1，…，n-1)。当bi=1时，开关上合，对应的权电阻与基准电压源UR相接；当bi=0时，开关下合，对应的权电阻接“地”。也就是说，开关的状态由相应二进制数码来控制。如4位二进制数码是1010，则开关S0接“地”，S1接基准电压源

6、，S2接“地”，S3接基准电压源。数字bn-1，bn-2，…，blb0来自一个数据缓冲寄存器。图11-3权电阻网络D/A转换器电路原路图2）基准电压源UR。UR是一个稳定性很高的恒压源。3）权电阻网络R，2R，22R，23R，…。流过权电阻网络中每个电阻的电流与对应位的“权”成正比，这些分电流在权电阻网络的输出端∑处汇总加至运算放大器的反相端，总电流I与输人数字量成正比。对应的位越高，相应的电阻值越小(bn-1为最高位，电阻值20R最小)。由于电阻值和每一位的“权”相对应，所以称为权电阻网络。4）运算放大器。运算放大器和权电阻网络构成反相加法运算电路。输出电压U0与I成正

7、比，亦即与输入数字量成正比。运算放大器还能起缓冲作用，使U0输出端负载变化时不影响I。调节反馈电阻Rf的大小，可以很方便地调节转换系数，使U0的数值符合实际需要。例11-1设UR=－10V，试分别求出与二进制数码0001、0010、0100相对应的模拟输出量U0。解：根据式(11-3)，可得：①与000l相对应的模拟输出量U0=10(0/21+0/22+0/23+l/24)V=0.625V；②与0010相对应的模拟输出量U0=10(0/21+0/22+1/23+0/24)V=1.25V；③与0100相对应的模拟输出量U0=10