微型计算机原理与接口技术(第三 教学课件 作者 杨立 邓振杰 荆淑霞等 第14章 DA及AD转换器.ppt

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1、第14章D/A及A/D转换器教学重点D/A、A/D转换器的基本概念及编程技术D/A、A/D转换器的原理及特点D/A、A/D转换器的选用方法。14.1概述计算机已广泛应用于自动控制和测量领域中。计算机只能处理数字量，须将模拟量通过A/D（模/数转换）转换成数字量送入计算机进行处理。经计算机处理后信息通过D/A（数/模转换）将数字量转换成模拟量实现对外设控制。A/D转换器位于微机控制系统的前向通道。D/A转换器位于微机控制系统的后向通道。14.2典型D/A转换器及其应用14.2.1D/A转换器工作原理D/A转换器是将数字量转换成模拟量的集成电路，它的模拟量输出（电流或电压）与参考量（电流或电压

2、）及二进制数成比例。模拟量输出、参考量和二进制数的关系：X=K×VREF×B。式中，X为模拟量输出；K为比例常数；VREF为参考量（电压或电流）；B为待转换的二进制数，通常为8位、12位等。1．二进制加权电阻网络型D/A转换器由四部分组成：（1）电子开关S1～Sn。（2）产生二进制权电流（或电压）的电阻网络。（3）加法放大器。（4）参考电压。总输出电流为：式中，VREF为参考电压，Di2i为第i位二进制数。2．梯形电阻网络该电阻网络中，仅有R和2R两种电阻，电子开关工作原理与二进制加权电阻网络D/A转换工作原理相同。D/A转换的输出总电流为：式中，B=bn-12n-1+bn-22n-2

3、+…+b020，b0～bn-1为N位二进制数。以电压形式输出（设Rf=3R）则14.2.2D/A转换器的主要性能指标（1）精度：指D/A转换器实际输出与理论满刻度输出之间的差异。（2）分辨率：输入数字量发生单位数据变化时所对应的输出模拟量变化量。（3）建立时间：指D/A转换器的输入数据发生变化后，输出模拟量达到稳定数值所需要的时间。（4）温度系数：环境温度的变化会对D/A转换精度产生影响，分别用失调温度系数、增益温度系数和微分非线性温度系数来表示。（5）非线性误差：实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差。14.2.38位D/A转换器DAC0832及其应用DAC0832工作方式有双

4、缓冲、单缓冲和直通方式，逻辑输入与TTL电平兼容，功耗20mW，单电源供电。特点是与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉。D/A转换器输出一般要接运算放大器，微小信号经放大后才能驱动执行机构部件。1.DAC0832的内部结构如图所示。2.DAC0832的外部引脚如图所示。3．DAC0832工作方式（1）输出直通方式（2）缓冲寄存器工作方式（3）双缓冲寄存器工作方式4.DAC0832输出根据输出电压的极性不同，DAC0832可分为单极性输出和双极性输出两种方式。（1）单极性输出（2）双极性输出若输入数字为0～255，则输出为：式中，B为输入的二进制数，范围0～255。其输出为：5．DAC08

5、32与微机接口电路的设计选择D/A转换器时，首先考虑D/A转换器的分辨率和工作温度范围是否满足系统要求，其次根据D/A转换芯片结构和应用特性选择D/A转换器。接口设计：具有三态输入数据寄存器D/A芯片可直接与计算机I/O槽上数据总线相接。但要为D/A转换器分配一个端口地址。参考电源的配置：若D/A芯片无参考电压源则需外接。参考电压必须稳定，温度漂移小。14.3典型A/D转换器及其应用14.3.1A/D转换器工作原理A/D转换将连续变化的模拟信号转换为数值上等效的数字信号。A/D转换器是模拟信号源与数字设备、计算机或其他数据系统之间联系的桥梁。在工业控制和数据采集等领域中，A/D转换器是不可

6、缺少的重要部件。实现A/D转换的方法很多，但其基本转换原理可归纳为比较和计算两个过程。按转换方法可分为直接比较型和间接比较型两大类。14.3.2A/D转换器的主要性能指标（1）分辨率：能够分辨的最小量化信号的能力，常用位数来表示。（2）精度：用绝对精度和相对精度表示。绝对精度指满量程数字量输出时模拟输入量的实际值与理论值之差的最大值。相对精度指零点满量程较准后任意数字输出所对应模拟输入量的实际值与理论值之差。（3）转换时间：完成一次转换所需时间。（4）温度系数：采用环境温度变化1℃所产生的相对转换误差来表示。（5）量程：能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。（6）逻辑电平及方

7、式：多数A/D转换器输出的数字信号与TTL电平兼容，以并行方式输出。（7）工作温度范围：A/D转换器工作温度为0℃～70℃。14.3.38位A/D转换器ADC0809及其应用ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，片内有8路模拟开关，可同时连接8路模拟量，单极性，量程0V～5V，片内有三态输出缓冲器，可直接与微机总线连接。1．ADC0809工作原理采用单一+5V电源供电，外接工作时钟。ADC0809需外接逻辑门电路对AD