微机原理和接口课件 第十章 AD及DA转换接口.ppt

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1、第十章数/模、模/数转换接口当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完成模拟量→数定量的转换，D/A转换器完成数字量→模拟量的转换。10.1数/模（D/A）转换D/A转换器完成数字量→模拟量的转换，这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常普遍。一、D

2、/A转换原理数/模转换器的核心器件是“解码网络”常用的解码网络有权电阻解码网络、T型解码网络等，T型解码网络的原理如图10-1所示。求和元件RRRR2R2R2R2R2R节点7节点6节点5节点0S7S6S5S6图10-1T型解码网络原理图图中Vref为参考电压，S7、S6……SO为8个电子开关，受计算机输出的二进制数据控制其导通/关断。解码网络相邻两节点之间的电阻都为R，但节点7与运算放大器之间，节点0与地之间的电阻为2R，各支路电阻为2R。不论电子开关导通/关断，从任一节点向左、向右看（不包含支路电阻）的等效电阻

3、都是2R。用叠加原理分析输入到运算放大器的总电流：依次假设S7～S0中只有一个电子开关接通Vref，其他电子开关接地，可求出总电流为：总电流=D7×I×2-1+D6×I×2-2+……D0×I×2-8=I×2-8(D7×27+D6×26+……D0×20)=N×2-8(Verf/3R)由于Verf和3R均为固定值总电流只与输入的二进制数N有关，所以通过解码网络可得到一个与输入数字量成比例关系的电流。集成化的D/A转换芯片按输入二进制的位数常见的有8、12、16、20位D/A转换器。二、D/A转换器特性及连接D/A转换

4、器一般是根据自己的需要选择相应数据位宽度和速度的D/A转换芯片，在选择D/A转换器芯片时一般考虑如下指标：（1）分辨率：指D/A转换器能分辨的最小电压增量，或1个二进制增量所代表的模拟量大小。分辨率的表示式为：分辨率=Vref/2位数或分辨率=（V+ref+V-ref)/2位数若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。（2）转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间。一般电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。（3）精度：

5、指D/A转换器实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位（如1/2LSB）。如D/A分辨率为20mV，则精度为±10mV.（4）线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按比例变化的程度。DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，一般考虑以下几方面：（1）输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线相连，否则必须添加锁存器。（2）输入码制：DA

6、C输入有二进制BCD码两种，对于单极性DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。（3）输出类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流→电压转换。（4）输出极性：DC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。三、DAC典型连接DAC芯片与CPU或系统总路线连接时，可从数据总线宽度是否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来虑，一般有下面几种情况：（1）当DAC位数与数据总线宽度相同，具有数据缓冲能力时，可直接与CPU连接

7、。（2）当DAC位数与数据总线宽度相同，DAC没有数据寄存器时，必须外加锁存器或I/O接口芯片（如8255A等）才能与CPU连接。当DAC位数大于数据总线宽度，DAC无论有无数据寄存器时，都必须外加锁存器或I/O接口芯片才能与CPU相连接。1.8位DAC连接DAC0832是一片典型的8位DAC芯片，其引脚和内部结构如图10-2所示。2019181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFR

8、FBDGND8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A寄存器DI7~DI10ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地)图10-2DAC0832引脚及内部结构D7~D0IOWA9~A0AEN系统总线DI0~7WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout图1