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1、第十一章 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换,概 述,一、实时过程控制控制系统的结构及组成,11.1 D/A转换器,一 D/A转换基本原理,1、D/A变换器的基本思想,由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量。,2、 D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量,3、 D/A转换器的基本原理,对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟转换。,0,1,2,3,4
2、,5,6,001,010,011,100,101,110,111,v,o,/V,D,000,7,1）权电阻D/A变换器,若d1d2d3d4=1000,2） 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）,所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。,图中S0S3为模拟开关，由输入数码Di控制，,当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路；,当Di=0时，Si将电阻2R接地。,D,D,D,D,(LSB),(MSB),S,S,S,S,0,0,1,1,2,2,3,3,R,+,A,v,o,i,f,16,8,2R,2R,+V,2R,R,I,4,R,4,I,RE
3、F,I,8,I,I,2R,2R,I,R,I,I,I,16,2,2,3、分辨率（Resolution）, n为二进制数的位数,分辨率=,二、D/A转换的主要技术指标,目前常用的D/A分辨率有8位，10位，12位，14位，16位。在工控中常用12位的D/A转换器，分辨率越高，价格越高。,1、输入数字量。,2、输出模拟量。,4、精度（Accuracy） 常用满量程的百分之几或最低位的几分之几来表示.,5、建立时间（Setting Time） 从数字输入到稳定输出电流（或电压）的时间。,11.2 DAC0832 一、DAC0832的内部结构,P391图11.10,DAC0832是具有双缓冲器的DAC芯
4、片，它是8位二进制芯片，输入寄存器存放数据线送来的要转换的数据，当输入寄存器的数据送入DAC寄存器后，D/A转换器便开始转换，这两个寄存器有两个锁存信号/LE1和/LE2，当它们为1时，数据能存入寄存器，当它们为0时，数据不能存入寄存器。,ILE=1，/CS=0，/WR1=0时，/LE1=1，否则，/LE1=0 /WR2=0，/XFER=0时，/LE2=1，否则，/LE2=0,LE1和LE2不一定同时有效，它们可以分开控制，也可以同时有效。当它们同时有效时，数据线上的数据D0D7经输入寄存器立即进入DAC寄存器开始转换，这种方式称为单缓冲方式；对LE1和LE2分步控制称为双缓冲方式；当LE1和
5、LE2始终为有效时称为直通方式。,DAC0832的输出端IOUT1，IOUT2是两个电流输出端，需加一个运放将电流变成电压。,二、主要参数 分辨率：8位 参考电压：10V 转换时间：1s 单电源：+5V +15V 满量程误差： 1LSB,三、 电压输出电路的连接,DAC0832的电压输出电路 (a) 单极性输出；(b) 双极性输出,DAC0832以电流形式输出转换结果，若要得到电压形式的输出，需要外加I/V转换电路，常采用运算放大器实现I/V转换。上图给出了DAC0832的电压输出电路。 对于单极性输出电路，输出电压为：,式中D为输入数字量的十进制数。因为转换结果IOUT1接运算放大器的反向端
6、，所以式中有一个负号。若VREF=+5 V，当D=0255(00HFFH)时，VOUT=-(04.98) V。,通过调整运算放大器的调零电位器，可以对D/A芯片进行零点补偿。通过调节外接于反馈回路的电位器RP1，可以调整满量程。 对于双极性输出电路，输出电压的表达式为：,若VREF=+5 V，当D=0时，VOUT1=0，VOUT=-5 V；当D=128(80H)时，VOUT1=-2.5 V，VOUT=0；当D=255(FFH)时，VOUT1=-4.98 V，VOUT = 4.96 V。,四、DAC0832的应用,直通方式,ILE=1，CS=0，WR1=WR2=0，XFER=0 将DAC0832
7、的D与其ROM或EPROM的D连接，实现波形发生器，ROM中存放波形发生器的数据。,它不受任何信号控制，就可以转换。,单缓方式,当CPU执行输出指令时，要求/CS、ILE、/XFER、/WR1、/WR2同时有效，CPU送到数据总线的数据进入DAC0832的输入寄存器（经输入寄存器）进入DAC开始转换。,DAC 0832,D7D0,/WR,ILE,REF,IOUT1,IOUT2,+,-,AGND,V0,/CS,/WR1,/WR2,/XFER,+5V,译码器,A15A0,M/IO,假设地址译码为310H，则将1000H单元中的数据送DAC0832输出的程序为：,MOV BX，1000H MOV A
8、L，BX MOV DX，310H OUT DX，AL,单缓的接线方式不是唯一的，但是它必须满足二个条件：必须受CPU的控制；当CPU执行OUT指令时/CS、ILE、/XFER、/WR1、/WR2必须同时有效。不执行OUT指令时有个别控制信号有效是可以的。,单缓冲方式的应用,例1 设DAC的口地址为80H， 要求输出05V的锯齿波,START： MOV AL，0FFH AGAIN： INC AL OUT 80H，AL CALL DELAY JMP AGAIN,阶梯的宽度由延时时间决定,例2 要求DAC输出一三角波，波形下限电压为0.5V，上限电压为2.5V。,下限电压对应的数字量为： 0.5*2
9、56/5=26=1AH 上限电压对应的数字量为： 2.5*256/5=128=80H,BEGIN： MOV AL，1AH UP ： OUT 80H，AL INC AL CMP AL，81H JNZ UP DEC AL DOWN： OUT 80H，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN, 双缓方式 CPU将DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器分别作为两个输出端口来进行分步控制。,DAC 0832,D7D0,/WR,ILE,REF,IOUT1,IOUT2,+,-,AGND,V0,/CS,/WR1,/WR2,/XFER,+5V,译码器,A15A0,M/IO
10、,MOV DX，320H； 输入寄存器的地址为320H MOV AL，DATA；要转换的数为DATA OUT DX，AL INC DX ； DAC寄存器的地址是321H OUT DX，AL ；启动D/A转换,11.3其它D/A芯片 除了DAC0832之外还有很多DA芯片，DAC0832比较之常用。 现有10位、12位、14位、16位DA转换芯片，位数越多，价钱越高。,11.4 A/D转换器,一、A/D转换器基本原理 A/D转换器是模拟信号源与计算机或其他数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理。在工业控制和数据采集及许多其他领域中，A/
11、D转换器是不可缺少的重要组成部分。 由于应用特点和要求的不同，需要采用不同工作原理的A/D转换器。A/D转换器的主要类型有：逐位比较(逐次逼近)型、积分型、并行比较型等。 在选用A/D转换器时，主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、分辨率、量程以及接口条件等因素决定选择何种型号的A/D转换芯片。,(1)A/D功能: 将模拟电压成正比地转换成数字量,0 5V,00000000 11111111,分辨率:5V/256=0.019V/ 每1个最低有效位,1.A/D功能及分类,2A/D转换的一般步骤和取样定理,由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：取样、保持、量化
12、和编码。,S,ADC,取样保持电路,ADC的,量化编码电路,输入模拟电压,取样展宽信号,数字量输出（n位）,量化:采保输出电压按某种近似方式归化到相应的离散量. 编码:用一定字长的二进制码表示的过程.,3. A/D转换器分类, 并行比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns 1s 逐次逼近型 特点: 转换速度中,转换时间 几s 100 s 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百s 几ms,根据内部电路不同,分为以下三类:,并行比较型A/D转换器（3位）,输入模拟电压,寄存器状态,数字量输出,（代码转换器输入）,（代码转换器输出）,Q,Q,Q,Q,Q,Q,Q,7,6,5,4,3,2,1
13、,D,D,D,2,1,0,v,I,15,(,),15,),(,15,15,),(,15,15,),(,15,15,),(,15,15,),(,15,15,),(,15,15,),(,1,1,0,3,3,5,5,7,7,9,9,11,11,13,13,1,V,REF,V,REF,V,REF,V,REF,V,REF,V,REF,V,REF,V,REF,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,1,0,1,1,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0
14、,1,0,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,1,1,并行比较型A/D转换器真值表,逐次比较型A/D转换器,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,1) 转换原理：,逐次比较型A/D转换器,2) 逻辑电路,R,S,Q,C,1,R,S,Q,C,1,1D,S,1,R,C,Q,1D,S,1,R,C,Q,1D,S,1,R,C,Q,1D,1,2,3,4,0,1D,R,Q,Q,Q,Q,Q,A,B,C,D,E,S,CP,A,B,C,D,E,F,移位寄存器,D,D,D,D,1,2,3,转换器,D/A,V,FF,FF,FF,FF,FF,0,1,2,3,4,数据,寄存器,D,D,D,D,3,2,1,0,0,&,CP,Q,5,启动脉冲,+5V,+5V,+5V,C,1,REF,（MSB）,（LSB）,v,I,v,O,v,C,1,G,G,1,2,FF,5,双积分型A/D转换器,它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时器、计数器（FF0FFn）等几部分组成。,S,
