智能仪器设计基础第3章ppt课件.ppt

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1、第三章智能仪器输出通道及接口技术首页本章内容模拟量输出通道3.1D/A转换器与微处理器接口3.2DAC的应用3.3开关量输出通道3.41.模拟量输出通道重点：2.输出通道的结构、组成、工作原理及应用智能仪器的主要功能是对信号进行检测与处理，处理后的逻辑信号常需要转换成能对客观控制的量，完成这部分功能的电路称为输出通道。输入/输出通道是计算机和客观对象之间信息传送和变换的链接通道。本章着重介绍输出通道的结构、组成、工作原理及应用重点：3.1模拟量输出通道模拟量输出通道是计算机对采样数据实现某种运算

2、处理后，将处理结果回送给被测对象的数据通路。输出数字信号的形式主要有开关量、数字量和频率量。模拟量输出通道是将微机输出的数字量转换成适合于执行机构所要求的模拟量的环节。模拟量输出通道一般有单路模拟量输出通道和多路模拟量输出通道。对于模拟量控制系统，应通过数/模（D/A）转换将其变换成模拟信号输出。模拟量输出通道：单路模拟量输出通道的一般结构寄存器用于保存计算机输出的数字量；D/A转换器用于将计算机输出的数字量转换为模拟量；而D/A转换器输出的模拟量信号往往无法直接驱动执行机构，需要放大/变换电路

3、进行适当地放大或变换。多路模拟量输出通道的一般结构D/A转换器（DigitaltoAnalogConverter）权电阻网络D/A转换器、倒T型电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器等。模拟量输出通道中的关键部件按其工作原理可分为:3.1.1D/A转换原理1、倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻网络D/A转换器由求和运算放大器、模拟开关和电阻网络等组成，电阻网络中的电阻接成倒T型电路原理如图3.3所示。图3.3倒T形电阻网络D/A转换器原理图由于V-=V+=0，所以，无论开关S3、S2、S1

4、、S0与哪一边接通，各2R电阻的上端都相当于接通“地电位”端，电阻网络的等效电路如下图3.4所示。图3.4电阻网络的等效电路1、倒T型电阻网络D/A转换器设总电流为Ι，图中看出从11＇、22＇、33＇、44＇每个端口向左看的等效电阻都是R，所以从参考电源流入电阻网络的总电流(式3-1)流过44＇电阻支路的电流为Ι/2，流过33＇、22＇、11＇各电阻支路的电流分别为Ι/4、Ι/8、Ι/16。1、倒T型电阻网络D/A转换器当某位数字量为“0”时，控制相应的开关与“地电位”端接通，相应电阻支路的电流

5、不流过放大器的反馈电阻。当某位数字量为“1”时（如d0=1），控制相应的开关（如S0）与放大器的反相输入端接通，相应电阻支路的电流（Ι/16）流过放大器的反馈电阻RF（因i－=0）。在图3.3中，设需要转换的二进制数字量d3d2d1d0,开关S3～S0受数字量d3～d0的控制。1、倒T型电阻网络D/A转换器故流过放大器反馈电阻的总电流：（3-2）又故取反馈电阻RF=R，并将（式3-1），（3-2）代入上式，有输出电压：（3-3）（式3-3）表明输出模拟电压正比于输入的数字量，1、倒T型电阻网络D

6、/A转换器实现了数字量转换为模拟量的功能。对于n位倒T型电阻网络D/A转换器，输入为n位二进制数字量dn-1dn-2…d1d0，输出的模拟电压：可见倒T型电阻网络的电阻取值只有R和2R两种，精度容易保证，而且，流过各2R电阻的电流直接流入运算放大器的输入端，提高了转换速度。利用倒T型电阻网络制作的集成芯片种类很多，例如DAC0832（8位）、5G7520（10位）、AD7524（8位）、AD7546（16位）等。1、倒T型电阻网络D/A转换器2、权电流型D/A转换器倒T型电阻网络D/A转换器在转

7、换过程中利用模拟开关将基准电压接到电阻网络中，分析时，把模拟开关当做理想开关对待，实际中，模拟开关都存在一定的导通电阻和导通压降，而且，每个开关的导通电阻和导通压降各不相同，不可避免地会使流过各支路的电流有所变化，引起转换误差。为此，用一组恒流源取代倒T型电阻网络D/A转换器中的电阻网络，可构成权电流型D/A转换器。权电流型D/A转换器包含运算放大器、模拟开关和恒流源，原理电路如图3.5所示。恒流源从高位到低位电流大小依次取为I/2、I/4、I/8、I/16。图3.5权电流型D/A转换器原理图2

8、、权电流型D/A转换器设要转换的二进制数字量仍为d3d2d1d0，与倒T型电阻网络D/A转换器类似。当某位为“1”时控制开关S与运算放大器的反向输入端接通，恒流源提供的电流流过放大器的反馈电阻；当某位数字量为“0”时控制开关S与“地电位”接通，恒流源提供的电流不流过放大器的反馈电阻。2、权电流型D/A转换器可见输出电压正比于输入的数字量。采用恒流源后，由于恒流源内阻极大，相当于开路，所以各支路权电流的大小不受开关导通电阻和电压的影响，降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。在单片集成DAC中，D