微机原理与汇编语言程序设计 刘永华 等 第11章 模拟接口技术及应用

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1、第11章模拟接口技术及应用学习目标本章主要讲解了模拟接口技术及应用。通过本章学习，读者应该掌握以下内容：D/A转换器接口设计技术；A/D转换器接口设计技术和数据采集系统设计；D/A转换器和A/D转换器的工作原理；数据采集系统设计方法。1第11章模拟接口技术及应用教学内容11.1D/A转换器接口11.2A/D转换器11.3多路模拟开关及采样保持电路11.4数据采集系统设计习题与思考题十一211.1D/A转换器接口11.1.1D/A转换器工作原理11.1.2D/A转换器性能指标11.1.3D/A转换芯片11.1.4D/A转换器的接口返回目

2、录311.1.1D/A转换器工作原理D/A转换器是指将数字量转换为模拟量的电路，一般集成在一块芯片上。D/A转换器的工作原理有多种，但功能相同，输出的模拟量与输入的数字量一般成线性正比关系。下面以T型电阻解码网络为例介绍D/A转换器的工作原理。一个4位T型电阻解码网络D/A转换器的组成原理如图11-1所示。图中，R和2R两种阻值的电阻构成T型网络，V为基准电压，S0、S1、S2、S3是模拟开关，它们分别受输入代码D3、D2、D1、D0的控制，Di=1,开关向左闭合；Di=0,开关向右闭合。电流各自流入A0、A1、A2、A34个节点。图

3、中S0开关接通而其余开关断开，即数字输入为D=0001B。由于任一节点的三个分支的等效电阻都是2R，由电路知识知，任一分支流进节点的电流值都为I=V/（3R）。此电流经A0、A1、A2、A3共4个节点被4次均分后得到I/16并注入运算放大器电路，进而将电流信号转换为电压信号。返回目录411.1.1D/A转换器工作原理图11-1T型电阻解码网络D/A转换器返回目录IOUT2D3(23)D0(20)D1(21)D2(22)S3S0S1S22R2R2R2R2R+VVIOUT12RRRRRfbIIII-+A0A1A2A3511.1.1D/A转

4、换器工作原理现假定反馈电阻Rfb=3R，则运算放大器的输出电压为V=-（I/16）×3R=-（1/16）×（V/3R）×3R=-V/16根据叠加原理，可得出D为任意4位数时D/A转换器的输出电压为V=-V/16（23×D3+22×D2+21×D1+20×D0）=-（V/16）×D可见，输出电压大小与D3、D2、D1、D0成正比，而极性与V相反。返回目录611.1.2D/A转换器性能指标目前DAC的种类是比较多的，制作工艺也不相同，按输入数据字长可分为8位、10位、12位及16位等。按输出形式可分为电压型和电流型等。按结构可分为有数据锁

5、存器和无数据锁存器两类。不同类型的DAC在性能上的差异较大，适用的场合也不尽相同。因此，搞清楚D/A转换器的一些技术参数是必要的。DAC主要有以下性能指标：1.分辨率分辨率与D/A转换器能够转换的二进制数据的位数n有关，表示为输出满量程电压与2的比值，它反映了输出模拟电压的最小变化量。例如，具有12位分辨率的DAC，如果转换后的满量程电压为5V，则它能分辨的最小电压为U=5/2=5/4096=1.22mV返回目录711.1.2D/A转换器性能指标2.转换精度转换精度是指D/A转换器在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，

6、可用绝对精度或相对精度来表示。一般采用数字量的最低有效位±1/2LSB作为衡量单位。对于n=8位的DAC而言，若精度为±1/2LSB，满量程电压为U=5V，则其最大绝对误差为U=±1/2×U/2=±1/2×5/2=±0.01V相对误差为以上最大偏差与满量程电压之比的百分数：ΔU=±1/2×（U/2）/U=±1/2=±0.20%返回目录811.1.2D/A转换器性能指标3.转换时间指从数字量输入到完成转换，输出达到最终误差±1/2LSB并稳定为止所需要的时间，也称为稳定时间。不同类型的D/A转换器转换速度差别较大，一般电流型D/A转换器

7、较之电压型D/A转换器速度快一些。4.线性误差D/A转换器在工作范围内的理想输出是与输入数字量成正比的一条直线。由于误差的存在，实际输出的模拟量是一条近似直线的曲线。实际的模拟输出与理想直线的最大偏移就是线性误差。一般该误差应小于1/2LSB。D/A转换器的其它性能指标还有输出电压范围、输出极性、数字输入特性、工作环境条件等。返回目录911.1.3D/A转换芯片返回目录1.DAC0832（1）DAC0832的特性DAC0832是利用CMOS/Si-Cr工艺制造的电流输出型8位D/A转换器，具有两个输入数据寄存器，它可以与各种CPU相连

8、接。其主要特性如下：①分辨率为8位；②电流稳定时间1μs；③可单、双缓冲数据输入或直接数据输入；④只需在满量程下进行线性调整；⑤单一电源供电（+5~+15V）；⑥低功耗（20mW）。（2）DAC0832的引脚与结构DAC