微型计算机原理与接口技术教学课件杨立第12章 模拟量输入输出接口技术.ppt

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1、本章主要教学内容D/A、A/D转换器的基本概念及基本结构D/A、A/D转换器的工作原理及其特点D/A、A/D转换器的选用方法和编程技术模拟接口技术的应用第12章模拟量输入输出接口技术12.1模拟接口概述在实际控制系统中采用的计算机所要加工、处理的信号可以分为模拟量（Analog）和数字量（Digit）两种类型，为了能用计算机对模拟量进行采集、加工和输出，就需要把模拟量转换成便于计算机存储和加工的数字量（称为A/D转换）送入计算机进行处理，同样经过计算机处理后的数字量所产生的结果依然是数字量，要对外部设备实现控制必须将数字量转换成模拟量

2、（称为D/A转换），因此，D/A与A/D转换是计算机用于多媒体、工业控制等领域的一项重要技术。A/D、D/A转换器在微机控制系统中应用非常广泛。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。一般微机测控系统的组成框图如图12-1所示。图12-1微机测控系统框图12.2典型D/A转换器芯片12.2.1D/A转换器的工作原理和主要参数D/A转换的基本原理是用电阻解码网络，将N位数字量逐位转换成模拟量并求和，从而实现将N位数字量转化为模拟量。由于数字量不是连续的，其转换后的模拟量自然就不是连续的。同时由于计算

3、机每次输出数据和D/A转换器进行转换需要一定的时间，因此实际上D/A转换器输出的模拟量随时间的变化曲线不是连续的，而是呈阶梯状。1.D/A转换器的工作原理D/A转换器进行一次数字量到模拟量的转换需要的时间，称为D/A转换时间，一般在500ns左右。为了保存由计算机送来的数字信号，通常还需要配置一个“数据寄存器”，向D/A转换器提供稳定的数字信号。D/A转换器的模拟量输出（电流或电压）与参考量（电流或电压）以及二进制数成比例，—般来说，可用下面的式子表示模拟量输出和参考量及二进制数的关系：其中X为模拟量输出，K为比例常数，VREF为参考量

4、（电压或电流），B为待转换的二进制数，通常B的位数为8位、12位等。（1）二进制加权电阻网络型D/A转换器二进制加权电阻网络型D/A转换器的结构如图12-2所示。该电路由权电阻（产生二进制权电流的电阻网络）、位切换开关（Kl～Kn）、反馈电阻和运算放大器等组成。图12-2二进制加权电阻网络型D/A转换器图12-3行扫描法识别按键（2）梯形电阻网络D/A转换器梯形电阻网络D/A转换器的结构如图12-3所示。该电阻网络中仅有R和2R两种电阻，切换开关的工作原理与二进制加权电阻网络D/A转换工作原理相同。2.D/A转换器的主要参数（1）绝对精

5、度（2）相对精度（3）分辨率（4）建立时间（5）温度系数（6）非线性误差12.2.2八位D/A转换器DAC0832及其应用DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，其明显特点是与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等，在微机系统中得到了广泛的应用。D/A转换器的输出一般都要接运算放大器，微小信号经放大后才能驱动执行机构的部件。DAC0832主要技术指标如下：分辨率为8位；输出电流稳定时间，即转换速度约为1μs；非线性误差为0.20%FSR；温度系数为2×10-6/℃；工作方式为双缓冲、单缓冲和直通方式；逻辑输入与TTL电平兼容；功

6、耗为20mW；单电源供电，电源范围为+5V～+15V。1.DAC0832的内部结构DAC0832的内部结构框图如图12-4所示，它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换器及转换控制电路构成，DAC转换器采用梯型电阻网络。2.DAC0832的引脚功能DAC0832的外部封装为20脚双列直插式，如图12-5所示。图12-4DAC0832的内部结构图12-5DAC0832引脚3.DAC0832的工作方式DAC0832内部有两个寄存器，能实现3种工作方式：（1）直通方式：直通工作方式是指两个寄存器的有关控制信号都预先置为有效，两个寄

7、存器都开通。（2）单缓冲方式：单缓冲工作方式是指只有一个寄存器受到控制，这时将另一个寄存器的有关控制信号预先设置成有效，使之开通；或者将两个寄存器的控制信号连在一起，两个寄存器作为一个来使用。（3）双缓冲方式：双缓冲工作方式是指两个寄存器分别受到控制，该方式可提高采集数据的速度。4.DAC0832的输出DAC0832是电流形式输出，当需要电压形式输出时，必须外接运算放大器。如图12-6所示。（a）反相输出（b）同相输出图12-6DAC0832的输出5.DAC0832芯片与微机接口电路的设计选择和使用D/A转换器时要注意以下几点：（1）合

8、理选择DAC芯片，要满足系统要求的D/A转换器分辨率和工作温度范围；然后根据DAC芯片的结构和应用持性选择D/A转换器，使接口的外围电路简单、使用方便。（2）设计和连接接口，具有三态输入数据寄存器的DAC芯