第2章模拟量输出通道

1、第二章第二章 模拟量输出通道模拟量输出通道本章要点本章要点1.1.模拟量输出通道的结构组成与模板通用性；模拟量输出通道的结构组成与模板通用性； 2.2.8 8位位D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832的原理组成及其接口电路的原理组成及其接口电路3. 3. 1212位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC1210的原理组成及其接口电路的原理组成及其接口电路 4. 4. D/AD/A转换器的输出方式及其输出电路转换器的输出方式及其输出电路 本章主要内容本章主要内容 引引 言言 2.1 2.1 D/AD/A转换器转换器 2.2 2.2 接口电路接口电路 2.3 2.3 输出方式

2、输出方式 2.4 D/A2.4 D/A转换模板转换模板 本章小结本章小结 思考题思考题引引 言言v模拟量输出通道的任务模拟量输出通道的任务-把计算机处理后的数字量信号把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的从而达到控制的目的; ; v模拟量输出通道模拟量输出通道( (称为称为D/AD/A通道或通道或AOAO通道通道) )构成构成-一般是由一般是由接口电路、数接口电路、数/ /模转换器模转换器( (简称简称D/AD/A或或DAC)DAC)和电压和电压/ /电流变电流变换器等换器等; ;v模拟量输出

3、通道基本构成模拟量输出通道基本构成-多多D/AD/A结构（图结构（图2-1(a)2-1(a)）和共）和共享享D/AD/A结构（图中结构（图中2-1(b)2-1(b)） 图 3-1接口电路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a) 多D/A结构PC总线特点：特点：1、一路输出通道使用一个一路输出通道使用一个D/A转换器转换器 2 2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器转换器芯片内部一般都带有数据锁存器 3 3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用 4 4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立结构简单，转换速度快，

4、工作可靠，精度较高、通道独立 5 5、 缺点是所需缺点是所需D/A转换器芯片较多转换器芯片较多接口电路通道 1通道nD/AV/IV/I多路开关采样保持器采样保持器（b）共享D/A结构PC总线图 3-1特点：特点：1、多路输出通道共用一个多路输出通道共用一个D/A转换器转换器 2 2、每一路通道都配有一个采样保持放大器、每一路通道都配有一个采样保持放大器 3 3、 D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用转换器只起数字到模拟信号的转换作用 4 4、采样保持器实现模拟信号保持功能、采样保持器实现模拟信号保持功能 5 5、节省、节省D/A转换器，转换器，但电路复杂，精度差，可靠但电路复杂，精度差，可

5、靠低、占用主低、占用主机时间机时间 2.1 D/A2.1 D/A转换器转换器主要内容主要内容 2.1.1 2.1.1 工作原理与性能指标工作原理与性能指标 2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片2.1.1 2.1.1 工作原理与性能指标工作原理与性能指标 主要知识点1、D/A转换器工作原理2D/A转换器的性能指标 1 1、D/AD/A转换器工作原理转换器工作原理+A-数数字字量量输输入入TUOV基基准准电电压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB

6、1DR-2R电阻网络 图图 3-2 D/A 转换器原理框图R2D3D0D运运算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb现以现以 4 位位 D/A 转换器为例说明其工作原理，如图转换器为例说明其工作原理，如图 2-2 所示。所示。 假设假设D3D3、D2D2、D1D1、D0D0全为全为1 1，则，则BS3BS3、BS2BS2、BS1BS1、BS0BS0全部与全部与“1”1”端相连。根据电流定律，有：端相连。根据电流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVII4REF010222RVRVI4REF3REF3222 由于开关由于开关 BSBS3 3

7、 BS BS0 0 的状态是受要转换的二进制数的状态是受要转换的二进制数 D3D3、D2D2、D1D1、D0 D0 控制的，并不一定全是控制的，并不一定全是“1”1”。因此，可以得到通式：。因此，可以得到通式：00112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(考虑到放大器反相端为虚地，故：考虑到放大器反相端为虚地，故：OUTRfbII选取选取 R Rfbfb = = R R ，可以得到：，可以得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf 对于对于 n n 位位 D/A D/A 转换器，它的输出电压转换器，它的输出电压V

8、 VOUTOUT与输入二进制数与输入二进制数B( DB( Dn-1n-1 D D0 0) ) 的关系式可写成：的关系式可写成：nnnnnVDDDDV2)2222(REF00112211OUT nVB2REFv 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻还与运算放大器的反馈电阻 R Rfbfb以及基准电压以及基准电压V VREFREF有关。有关。2D/A转换器的性能指标 D/A D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用参数，也是选用D/AD/A芯片型号的依

9、据。主要性能芯片型号的依据。主要性能指标有：指标有： （1 1）分辨率）分辨率 （2 2）转换精度）转换精度 （3 3）偏移量误差）偏移量误差 （4 4）稳定时间）稳定时间（1 1）分辨率）分辨率 分辨率分辨率-是指是指 D/A D/A 转换器能分辨的最小输出模转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高数，数字量位数越多，分辨率也就越高 。其分辨。其分辨率与二进制位数率与二进制位数n n呈下列关系：呈下列

10、关系：分辨率分辨率 = = 满刻度值满刻度值/ /（2 2n n-1-1）= =V VREF REF / 2/ 2n n（2 2）转换精度）转换精度 转换精度转换精度-是指转换后所得的实际值和理是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的概论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的概念。例如，满量程时的理论输出值为念。例如，满量程时的理论输出值为10V10V，实，实际输出值是在际输出值是在9.99V10.01V9.99V10.01V之间，其转换精度之间，其转换精度为为10mV10mV。对于分辨率很高的。对于分辨率很高的D/AD/A转换器并不转换器并不一定具有很高的精度。一定具有

11、很高的精度。 （3 3）偏移量误差）偏移量误差 偏移量误差偏移量误差-是指输入数字量时，输是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。此误差可通出模拟量对于零的偏移值。此误差可通过过D/AD/A转换器的外接转换器的外接V VREFREF和电位器加以调和电位器加以调整。整。（4）稳定时间 稳定时间稳定时间-是描述是描述D/AD/A转换速度快慢的一个转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到终值误差终值误差1/2LSB1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时时所需的时间。显然，稳定时间越大，转换速度越低。对于输出是电流的间越大，转换速度越低。对

12、于输出是电流的D/AD/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几微转换器来说，稳定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的秒，而输出是电压的D/AD/A转换器，其稳定时间转换器，其稳定时间主要取决于运算放大器的响应时间。主要取决于运算放大器的响应时间。2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片主要知识点主要知识点 （1 1） DAC0832DAC0832性能性能 （2 2） DAC0832DAC0832工作原理工作原理 （3 3） DAC0832DAC0832管脚功能管脚功能 （1 1） DAC0832DAC0832性能性能一个8位D/A转换器电流输出方式稳定时间为1s采用

13、20脚双立直插式封装同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831（2 2） DAC0832DAC0832工作原理工作原理(M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(L SB )IL EC S1RW2RWX F E R当当 L E =1时时 , ,输输 出出 数数据据 随随 输输 入入 变变 化化 。L E 2FERV1TUOI2TUOIRf bA G N DD G N DCCVDQDQDQDQ 8位位 输输 入入寄寄 存存 器器 8位 D A C寄 存 器 8位 D A C转转 换换 器器图 3-3 D A C 0832原 理 框 图 及 引 脚当当 L E =0时时 ,

14、 ,输输 出出 数数据据 被被 锁锁 存存 。L E 1传送控制传送控制 DAC0832DAC0832的原理框图及引脚如图的原理框图及引脚如图2-32-3所示。所示。DAC0832DAC0832主要由主要由8 8位输入寄存器、位输入寄存器、8 8位位DACDAC寄存器、寄存器、8 8位位D/AD/A转换器以及输入控制电路四部分组成。转换器以及输入控制电路四部分组成。8 8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到使输入数字量得到缓冲和锁存缓冲和锁存，由，由LE1LE1加以控加以控制；制；8 8位位DACDAC寄存器用于存放待转换的数字量，寄存

15、器用于存放待转换的数字量，由由LE2LE2加以控制；加以控制；8 8位位D/AD/A转换器输出与数字量转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制入控制电路来控制2 2个寄存器的选通或锁存状个寄存器的选通或锁存状态。态。DIDI0 0DIDI7 7：数据输入线，其中：数据输入线，其中DIDI0 0为最低有效位为最低有效位LSB LSB ，DIDI7 7为为 最高最高有效位有效位MSBMSB。CSCS：片选信号，输入线，低电平有效。：片选信号，输入线，低电平有效。WR1WR1：写信号：写信号1 1，输入线，低电平有效。，输入线

16、，低电平有效。ILEILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 当当ILEILE、 CSCS和和WR1 WR1 同时有效时，同时有效时，8 8位输入寄存器端为高电平位输入寄存器端为高电平11，此时寄存器的输出端此时寄存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D的电平变化；反之，当端为低的电平变化；反之，当端为低电平电平00时，原时，原D D 端输入数据被锁存于端输入数据被锁存于Q Q端，在此期间端，在此期间D D端电平的端电平的变化不影响变化不影响Q Q端。端。 （3 3） DAC0832DAC0832管脚功能管脚功能XFER(Transfer Cont

17、rol Signal):XFER(Transfer Control Signal):传送控制信号，输入传送控制信号，输入线，线， 低电平有效。低电平有效。I IOUT1OUT1：DACDAC电流输出端电流输出端1 1，一般作为运算放大器差动输入，一般作为运算放大器差动输入信号之一。信号之一。I IOUT2OUT2：DACDAC电流输出端电流输出端2 2，一般作为运算放大器另一个差，一般作为运算放大器另一个差动输入信号。动输入信号。 R Rfbfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放大器的输出端。大器的输出端。 V VREFREF：基准电压

18、源端，输入线，：基准电压源端，输入线， 10 VDC 10 VDC 10 VDC10 VDC。 V VCCCC：工作电压源端，输入线，：工作电压源端，输入线， 5 VDC 5 VDC 15 VDC15 VDC。v 当当WR2WR2和和XFERXFER同时有效时，同时有效时，8 8位位DACDAC寄存器端为高寄存器端为高电平电平“1”1”，此时，此时DACDAC寄存器的输出端寄存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D也也就是输入寄存器就是输入寄存器Q Q端的电平变化；反之，当端为低电平端的电平变化；反之，当端为低电平“0”0”时，第一级时，第一级8 8位输入寄存器位输入寄存器Q Q端的状态则

19、锁存到第端的状态则锁存到第二级二级8 8位位DACDAC寄存器中，以便第三级寄存器中，以便第三级8 8位位DACDAC转换器进行转换器进行D/AD/A转换。转换。v 一般情况下为了简化接口电路，可以把一般情况下为了简化接口电路，可以把WR2WR2和和XFERXFER直接接地，使第二级直接接地，使第二级8 8位位DACDAC寄存器的输入端到输出端寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级直通，只有第一级8 8位输入寄存器置成可选通、可锁存位输入寄存器置成可选通、可锁存的的单缓冲输入单缓冲输入方式。方式。 特殊情况下可采用特殊情况下可采用双缓冲输入双缓冲输入方方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。式

20、，即把两个寄存器都分别接成受控方式。 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片主要知识点 （1 1） DAC1210DAC1210性能性能 （2 2） DAC1210DAC1210工作原理工作原理（1 1） DAC1210DAC1210性能性能 DAC1210-DAC1210-是一个是一个1212位位D/AD/A转换器，电转换器，电流输出方式，其结构原理与控制信号功流输出方式，其结构原理与控制信号功能基本类似于能基本类似于 DAC0832DAC0832。由于它比。由于它比 DAC0832DAC0832多了多了4 4条数据输入线，故有条数据输入线，故有2424条条

21、引脚，引脚，DAC 1210DAC 1210内部原理框图如图内部原理框图如图2-42-4所所示，其同系列芯片示，其同系列芯片DAC1208DAC1208、DAC1209DAC1209可可以相互代换。以相互代换。（2 2） DAC1210DAC1210工作原理工作原理DAC1210DAC1210内部有三个寄存器：内部有三个寄存器： 一个一个8 8位输入寄存器，用于存放位输入寄存器，用于存放1212位数字量中的高位数字量中的高8 8位位DIDI1111DIDI4 4；一个；一个4 4位输入寄存器，用于存放位输入寄存器，用于存放1212位数字位数字量中的低量中的低4 4位位DIDI3 3 DI0 D

22、I0； 一个一个1212位位DACDAC寄存器，存放上述两个输入寄存器送来寄存器，存放上述两个输入寄存器送来的的1212位数字量；位数字量； 1212位位D/AD/A转换器用于完成转换器用于完成1212位数字量的转换。位数字量的转换。 由与门、非与门组成的输入控制电路来控制由与门、非与门组成的输入控制电路来控制3 3个寄存个寄存器的选通或锁存状态。其中引脚（片选信号、低电平器的选通或锁存状态。其中引脚（片选信号、低电平有效）、（写信号、低电平有效）和有效）、（写信号、低电平有效）和BYTE1/BYTE1/（字节控（字节控制信号）的组合，制信号）的组合， 用来控制用来控制 8 8 位输入寄存器和

23、位输入寄存器和 4 4 位位输入寄存器。输入寄存器。QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄寄入输位8器存寄寄入输位41 2 位D A C寄 存 器1 2 位位D /A转转 换换 器器L E 3L E当= 1 时 ， Q = D ;L E当当= 0 时 ， 锁 存 数 据L E 2L E 1(M S B )D ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID I111 01234567890(L S B )B Y T E /B Y T EC SW RX F E RW R2121FERVD G N D2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图 3 -4 D A C 1 2 1 0

24、原 理 框 图 及 引 脚图图2-4 DAC12102-4 DAC1210原理框图及引脚原理框图及引脚 当当CSCS、WR1WR1为低电平为低电平“0”0”，BYTE1/BYTE1/为高电平为高电平“1”1”时，与时，与门的输出门的输出LE1LE1、LE2LE2为为“1”1”，选通，选通 8 8 位和位和 4 4 位两个输入寄存位两个输入寄存器，将要转换的器，将要转换的1212位数据全部送入寄存器；当位数据全部送入寄存器；当BYTE1/BYTE1/为低电为低电平平“0”0”时，时，LE1LE1为为“0”0”，8 8位输入寄存器锁存刚传送的位输入寄存器锁存刚传送的 8 8 位位数据，而数据，而L

25、E2LE2仍为仍为“1”1”，4 4 位输入寄存器仍为选通，新的低位输入寄存器仍为选通，新的低 4 4 位数据将刷新刚传送的位数据将刷新刚传送的 4 4 位数据。因此，在与计算机接口位数据。因此，在与计算机接口电路中，计算机必须电路中，计算机必须先送高先送高 8 8 位后送低位后送低 4 4 位位。XFER(XFER(传送控传送控制信号、低电平有效制信号、低电平有效) )和和WR2(WR2(写信号、低电平有效写信号、低电平有效) )用来控制用来控制 12 12 位位DACDAC寄存器，当寄存器，当XFERXFER和和WR2WR2同为低电平同为低电平“0”0”时，与门输时，与门输出出LE3LE3

26、为为“1”1”，12 12 位数据全部送入位数据全部送入DACDAC寄存器，当寄存器，当XFERXFER和和WR2WR2有一个为高电平有一个为高电平“1”1”时，与门输出时，与门输出LE3LE3即为即为“0”0”，则，则1212位位DACDAC寄存器锁存住数据使寄存器锁存住数据使1212位位D/AD/A转换器开始数摸转换。转换器开始数摸转换。 2.2 2.2 接口电路接口电路 2.2.1 DAC0832接口电路接口电路 2.2.2 DAC1210接口电路接口电路2.2.1 DAC0832接口电路接口电路A5A9A8A7A6AENA4A1IOWDAC0832DDDDQQQQDI7DI6DI5DI

27、4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1AGND8位DAC寄 存 器8位输 入寄 存 器8位DAC转 换 器LE1LE2Rfb-5V图 3-5 DAC0832的单缓冲接口电路_+TUOVDGNDVCC+5V+5VD7D6D5D4D3D2D1D0A3A2A0 PC总线Y3Y1Y2Y0Y4Y5Y6Y7AGBG1GACB74LS138地址译码地址译码 由于由于DAC0832DAC0832内部有输入寄存器，所以它的数据内部有输入寄存器，所以它的数据总线可直接与主机的数据总线相连，图总线可直接与主机的数据总线相连，图2-52-5为为DAC0832DAC0832

28、与与PCPC总线的单缓冲接口电路，它是由总线的单缓冲接口电路，它是由DAC0832DAC0832转换芯转换芯片、运算放大器以及片、运算放大器以及74LS13874LS138译码器和门电路构成的译码器和门电路构成的的地址译码电路组成。图中，的地址译码电路组成。图中，08320832内的内的DACDAC寄存器控寄存器控制端的和直接接地，使制端的和直接接地，使DACDAC寄存器的输入到输出始终寄存器的输入到输出始终直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与输入输出指令控制，即输入输出指令控制，即PCPC的地址线的地址线A9A0A9A0经经138138

29、译码器译码器和门电路产生接口地址信号作为和门电路产生接口地址信号作为DAC0832DAC0832的片选信号，的片选信号，输入输出写信号作为输入输出写信号作为DAC0832DAC0832的写信号。的写信号。 D/AD/A转换转换接口程序：接口程序：MOV DXMOV DX，220H /220H /口地址如口地址如220H220H送入送入DXDX MOV ALMOV AL，DATA /DATA /被转换的数据如被转换的数据如DATADATA送入累送入累加器加器ALAL OUT DXOUT DX，ALAL /送入送入D/AD/A转换器进行转换转换器进行转换 2.2.2 DAC12102.2.2 DA

30、C1210接口电路接口电路 QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄入输位8PC总线器存寄入输位412位DAC寄存器12位D/A转换器LE3LE2LE1(MSB)DIDIDIDIDIDIDIDI11104567891FERVDGND2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图3-6 DAC1210接口电路CSWRWR2XFERDIDIDIDI1230(LSB)+-5V12VTUOVD7D6D5D4D3D2D1D02A3A4A5A6A7A8A9A0AA1IOW138BYTE /1BYTE2Y0G1GBGACBAY3Y2Y1Y5Y6Y7Y4DAC1210AEN图图2-6 DAC12102-6 DAC1

31、210接口电路接口电路 图图2-62-6是是1212位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC1210与与PCPC总线的一种接口电路，总线的一种接口电路，它是由它是由DAC1210DAC1210转换芯片、运算放大器以及地址译码电路组转换芯片、运算放大器以及地址译码电路组成。与成。与8 8位位DAC0832DAC0832接口电路不同的是，除了数据总线接口电路不同的是，除了数据总线D7D0D7D0与与DAC1210DAC1210高高8 8位位DI11DI4DI11DI4直接相连，直接相连，D3D0D3D0还要与还要与DAC1210DAC1210低低4 4位位DI3DI0DI3DI0复用，因而

32、控制电路也略为复杂。复用，因而控制电路也略为复杂。 图中，图中，CSCS、WR1WR1和和BYTE1/BYTE1/组合，用来依次控制组合，用来依次控制8 8位输入寄位输入寄存器（存器（LE1LE1）和）和4 4位输入寄存器（位输入寄存器（LE2LE2）的选通与锁存，）的选通与锁存，XFERXFER和和WR2WR2用来控制用来控制DACDAC寄存器（寄存器（LE3LE3）的选通与锁存，）的选通与锁存，LOWLOW与与WR1WR1、WR2WR2连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，译码器连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，译码器的两条输出线的两条输出线Y0Y0、Y2Y2分别连到分别连到C

33、SCS和和XFERXFER，一条地址线，一条地址线A0A0连到连到BYTE1/BYTE2BYTE1/BYTE2，从而形成，从而形成三个口地址：低三个口地址：低4 4位输入寄存器为位输入寄存器为380H380H，高，高8 8位输入寄存器为位输入寄存器为381H381H，1212位位DACDAC寄存器为寄存器为384H384H。 在在软件设计软件设计中，为了实现中，为了实现8 8位数据线位数据线D0D7D0D7传送传送1212位被转换数，主机须位被转换数，主机须分两次传送分两次传送被转换数。首先被转换数。首先将被转换数的高将被转换数的高8 8位传给位传给8 8位输入寄存器位输入寄存器DI11DI1

34、1DI4DI4，再将低再将低4 4位传给位传给4 4位输入寄存器位输入寄存器DI3DI3DI0DI0，然后再打，然后再打开开DACDAC寄存器，把寄存器，把12 12 位数据送到位数据送到1212位位D /AD /A转换器去转换器去转换。当输出指令执行完后，转换。当输出指令执行完后，DACDAC寄存器又自动处于寄存器又自动处于锁存状态以保持数模转换的输出不变。设锁存状态以保持数模转换的输出不变。设1212位被转位被转换数的高换数的高8 8位存放在位存放在DATADATA单元中单元中, ,低低4 4位存放在位存放在DATA+1DATA+1单元中。单元中。 转换程序 DACDAC： MOV DXM

35、OV DX，0381H 0381H MOV AL MOV AL，DATA DATA OUT DX OUT DX，AL AL ；送高送高8 8位数据位数据 DEC DXDEC DX MOV AL MOV AL，DATA+1DATA+1 OUT DX OUT DX，AL AL ；送低；送低4 4位数据位数据 MOV DXMOV DX，0384H0384H OUT DX OUT DX，AL AL ；完成；完成1212位数据转换位数据转换 2.3 2.3 输出方式输出方式 2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 2.3.3 2.3.3 自动自

36、动/ /手动输出方式手动输出方式引言引言引引 言言 多数多数D/AD/A转换芯片输出的是弱电流信号，要转换芯片输出的是弱电流信号，要驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流输出以及自动输出以及自动/ /手动切换输出等多种方式。手动切换输出等多种方式。2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 由于系统要求不同，电压输出方式又由于系统要求不同，电压输出方式又可分为可分为单极性输出单极性输出和和

37、双极性输出双极性输出两种形式。两种形式。下面下面以以8 8位的位的DAC0832DAC0832芯片为例作一说明。芯片为例作一说明。 1 1DAC单极性输出单极性输出 图 3-8 D A C 单 极 性 输 出 方 式D A C 0832R fb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVD I7D I6D I5D I4D I3D I2D I1D I0D7D6D5D4D3D2D1D0256REFOUTVBV001166772222 DDDDB式中：式中：VREF/256是常数是常数 显然，显然，V VOUTOUT和和 B B 成正比关系，输入成正比关系，输入数字量数字量 B B 为为 00H

38、00H 时，时，V VOUTOUT也为也为 0 0 ；输；输入数字量入数字量 B B 为为FFHFFH即即255255时，时，V VOUTOUT 为与为与 V VREFREF 极性相反的最大值。极性相反的最大值。 DAC单极性输出方式如图单极性输出方式如图 2-7 所示，所示，由由式式( (3-1) )可得输出电压可得输出电压VOUT的单极性输出的单极性输出表达式为：表达式为：2 2DACDAC双极性输出方式双极性输出方式 DAC DAC双极性输出方式如图双极性输出方式如图 2-8 2-8 所示。所示。图 3-9 DAC双极性输出方式DAC0832RfbI1TUO2TUOI2RVR2RA2A1

39、I2I3IFERVFERVTUODI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0D7D6D5D4D3D2D1D0V1TUOA1A A1 1 和和 A A2 2 为运算放大器，为运算放大器，A A点为虚地，故可得：点为虚地，故可得： 解上述方程可得双极性输出表达式：解上述方程可得双极性输出表达式： 0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT13( (2-3) ) 图中运放图中运放 A A2 2 的作用是将运放的作用是将运放 A A1 1 的单向输出变为的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于双向输出。当输入数字量小于 80 H80 H即即128128时

40、，输出模拟时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于电压为负；当输入数字量大于 80 H80 H即即128128时，输出模拟时，输出模拟电压为正。其它电压为正。其它n n位位D/AD/A转换器的输出电路与转换器的输出电路与DAC0832 DAC0832 相相同，计算表达式中只要把同，计算表达式中只要把 2 28-18-1改为改为2 2n n-1-1即可。即可。 18REF18OUT22)2(VBV12B1 -8REFOUT2VV或或2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别是在因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别是在过程控制系统中，自

41、动化仪表只接收电流信号，所以在微过程控制系统中，自动化仪表只接收电流信号，所以在微机控制输出通道中常以电流信号来传送信息，这就需要将机控制输出通道中常以电流信号来传送信息，这就需要将电压信号再转换成电流信号，完成电流输出方式的电路称电压信号再转换成电流信号，完成电流输出方式的电路称为为V/IV/I变换电路。变换电路。电流输出方式电流输出方式一般有两种形式：一般有两种形式： 1 1普通运放普通运放V/IV/I变换电路变换电路 2 2集成转换器集成转换器V/IV/I变换电路变换电路 1 1普通运放普通运放V/IV/I变换电路变换电路 （1 1）0 10 mA0 10 mA的输出的输出 +-Vin0

42、10 VAT1T2I0Vf+ +VsR1R2R3R4R5R6RfRL图图 2-9 0 10 V/ 010 mA的变换电路的变换电路 图图2-92-9为为010 V/010 mA010 V/010 mA的变换电路，由运放的变换电路，由运放A A和三极管和三极管T T1 1、T T2 2组成，组成，R R1 1 和和 R R2 2是输入电阻，是输入电阻，R Rf f 是反馈电阻，是反馈电阻，R RL L是负载的等效电阻。输入电压是负载的等效电阻。输入电压V Vin in 经输入电经输入电阻进入运算放大器阻进入运算放大器A A，放大后进入三极管，放大后进入三极管T T1 1、T T2 2。由于。由于

43、T T2 2射极接有反馈电阻射极接有反馈电阻R R f f，得到反馈电压得到反馈电压V Vf f加至输入端，形成运放加至输入端，形成运放A A的差动输入信号。该变换电路由于具的差动输入信号。该变换电路由于具有较强的电流反馈，所以有较好的恒流性能。有较强的电流反馈，所以有较好的恒流性能。 R3,R4Rf,RL 输入电压输入电压 V Vin in 和输出电流和输出电流 I Io o 之间关系如下：之间关系如下： 若若 R R3 3、R R4 4R Rf f、R RL L，可以认为，可以认为 I Io o 全部流经全部流经 R Rf f，由此可得，由此可得: : V V V VininR R4 4/

44、 /（R R1 1R R4 4）I Io oR RL LR R1 1 / /（R R1 1R R4 4） V V I Io o（R Rf fR RL L）R R2 2 / /（R R2 2R R3 3） 对于运放，对于运放，有有V V V V，则，则 V VininR R4 4/ /（R R1 1R R4 4）I Io oR RL LR R1 1 / /（R R1 1R R4 4）= I= Io o（R Rf fR RL L）R R2 2 / /（R R2 2R R3 3） 若取若取R R1 1 = R= R2 2 ，R R3 3 = R= R4 4，则由上式整理可得，则由上式整理可得 I I

45、o o = V = VininR R3 3 / /（R R1 1R Rf f ） （3-63-6） 可以看出，输出电流可以看出，输出电流 I Io o 和输人电压和输人电压 V Vinin 呈线性对应的单值函呈线性对应的单值函数关系。数关系。 R R3 3 / /（R R1 1R Rf f）为一常教，与其他参数无关。）为一常教，与其他参数无关。 若取若取V Vinin 0 010 V10 V，R R1 1 = R= R2 2 = 100 k= 100 k，R R3 3 = R= R4 4 =20 k =20 k，R Rf f 200 200 ，则输出电流，则输出电流I Io o = 0 10

46、mA= 0 10 mA。（2 2） 4 20 mA4 20 mA的输出的输出 图2-10为1 5 V/ 4 20 mA的变换电路，两个运放A1、A2均接成射极输出形式。+-A1+-A2T2T1T3Vin15VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+Vs图图2-10 15V/420mA的变换电路的变换电路V3 在稳定工作时在稳定工作时 Vin V1; 所以所以 I1 = V1 /R1 = Vin /R1 又因为又因为 I1 I2 所以所以 Vin /R1 = I2 =（VS - V2 ）/ R2 即即 V2 =VS - VinR2/ R1在稳定状态下在稳定状态下，V2 V3，If Io，

47、 故故 Io If =（VS - V3 ）/ Rf = （VS - V2 ）/ Rf 将上式代入得将上式代入得 Io = （VS - VS + VinR2/ R1）/ Rf = VinR2/（R1Rf）（）（3-7） 其中其中 R R1 1 、R R2 2 、R Rf f 均为精密电阻，所以输出电流均为精密电阻，所以输出电流 I Io o 线性比线性比例于输入电压例于输入电压V Vinin，且与负载无关，接近于恒流。，且与负载无关，接近于恒流。 若若R1 =5 k，R2 =2 k，R3 =100 ，当当 Vin =15 V 时时输输出电流出电流Io = 420 mA。2 2集成转换器集成转换器

48、V/IV/I变换电路变换电路 图图2-112-11是集成是集成V/IV/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20的引脚图，采用单的引脚图，采用单正电源供电，电源电压范围为正电源供电，电源电压范围为101032V32V，ZF2B20ZF2B20的输入的输入电阻为电阻为10K10K，动态响应时间小于，动态响应时间小于25S25S，非线性小于，非线性小于土土 0.0250.025。 通过通过ZF2B20ZF2B20可以产生一个与输入电压成比例的输出电流，其可以产生一个与输入电压成比例的输出电流，其输入电压范围是输入电压范围是0 010V10V，输出电流是，输出电流是4 420mA20mA。它的特点是低

49、漂移，。它的特点是低漂移，在工作温度为在工作温度为-25-258585范围内，最大温漂为范围内，最大温漂为0.0050.005/。利用。利用 ZF2B20ZF2B20实现实现V/IV/I转换的电路非常简单，转换的电路非常简单，图图2-122-12（a a）所示电路）所示电路是一种是一种带初值校准的带初值校准的0 010V10V到到4 420mA20mA的转换电路；的转换电路；图图2-122-12（b b）则是一种则是一种带满度校准的带满度校准的0 010V10V到到0 010mA10mA的转换电路。的转换电路。2.3.3 2.3.3 自动自动/ /手动输出方式手动输出方式 如图如图2-132-

50、13所示，是在普通运放所示，是在普通运放V/IV/I变换电路的基础上，增变换电路的基础上，增加了自、手动切换开关加了自、手动切换开关K K1 1、K K2 2、K K3 3和手动增减电路与输出跟和手动增减电路与输出跟踪电路。踪电路。图图 2-13 带自动带自动/手动切换的手动切换的V/I变换电路变换电路 1 1自动自动/ /手动状态下的手动状态下的V/IV/I变换变换（1 1）当开关处于自动（）当开关处于自动（A A）状态时，运放）状态时，运放A A2 2与与A A1 1接通，形成一个接通，形成一个电压比较型跟随器。电压比较型跟随器。当当V Vf f V Vi i时，电路能自动地使输出电流增大

51、时，电路能自动地使输出电流增大或减小，最终使或减小，最终使V Vf f = =V Vi i，于是有，于是有 I IL L= =V Vi i/ /（R R9 9+ +W W） （2-62-6） 从上式可以看出，只要电阻从上式可以看出，只要电阻R R9 9、W W稳定性稳定性好，好，A A1 1、A A2 2具有较好的增益，具有较好的增益，该电路就有较高的线性精度。当该电路就有较高的线性精度。当R R9 9+ +W W500500或或250250时，输出电流时，输出电流I IL L就以就以 0 010mA10mA或或4 420mA20mA的直流电流信号线性地对应的直流电流信号线性地对应V Vi i

52、的的0 05V5V或或1 15V5V的直流电压信号。的直流电压信号。 （2 2）当开关处于手动（）当开关处于手动（H H）状态时，此时运）状态时，此时运放放A A2 2与与A A1 1断开，成为断开，成为一个保持型反相积分器。一个保持型反相积分器。当按下当按下“增增”按钮时，按钮时，V V2 2以一定的速率以一定的速率上升，从而使上升，从而使I IL L也以同样的速率上升；当按下也以同样的速率上升；当按下“减减”按钮按钮时，时，V V2 2以一以一定的速率下降定的速率下降，I IL L也以同样的速率下降。负载也以同样的速率下降。负载R RL L（一般为电动调节阀）（一般为电动调节阀）上的电流上

53、的电流I IL L的升降速率取决于的升降速率取决于R R6 6、R R7 7、C C和电源电压和电源电压E E的大小，而手的大小，而手动操作按钮的时间长短决定输出电流动操作按钮的时间长短决定输出电流I IL L的大小。的大小。 2 2自动自动/ /手动双向无扰动切换手动双向无扰动切换（1 1）自动到手动的切换：）自动到手动的切换：当开关当开关K K1 1、K K2 2、K K3 3都从自动（都从自动（A A）切）切换为手动（换为手动（H H）时，）时，“增增”、“减减”两按钮处于断开状两按钮处于断开状态，运放态，运放A A2 2为一高输入阻抗保持器，则为一高输入阻抗保持器，则A A2 2的输出

54、的输出V V2 2几乎几乎保持不变，从而维持输出电流保持不变，从而维持输出电流I IL L恒定。恒定。（2 2）手动到自动的切换：）手动到自动的切换：在每个控制周期，计算机首先由数在每个控制周期，计算机首先由数字量输入通道（字量输入通道（DIDI）读入开关）读入开关K K2 2的状态，以判断输出电的状态，以判断输出电路是处于手动状态或是自动状态。若是自动状态，则程路是处于手动状态或是自动状态。若是自动状态，则程序执行本回路预先规定的控制运算，输出序执行本回路预先规定的控制运算，输出V Vi i并通过并通过V/IV/I变变换输出电流换输出电流I IL L；若为手动状态，则首先由；若为手动状态，则

55、首先由A/DA/D通道读入通道读入V Vf f并转换为数字信号，然后原封不动地将此数字信号送出，并转换为数字信号，然后原封不动地将此数字信号送出，由由D/AD/A转换为电压信号送至输出电路的输入端转换为电压信号送至输出电路的输入端V Vi i，这样就，这样就使使V Vi i始终与始终与V Vf f相等。相等。 2.4 D/A转换模板 2.4.1 2.4.1 D/AD/A转换模板的通用性转换模板的通用性 2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换模板的设计举例转换模板的设计举例 2.4.1 D/A 2.4.1 D/A转换模板的通用性转换模板的通用性 为了便于系统设计者的使用，为了便于系统设计者的使

56、用，D/AD/A转换模板转换模板应具有通用性，应具有通用性， 它主要体现在三个方面：它主要体现在三个方面： 1 1符合总线标准符合总线标准 2 2接口地址可选接口地址可选 3 3输出方式可选输出方式可选 1 1符合总线标准符合总线标准 这里的总线这里的总线是指计算机内部的总线结构是指计算机内部的总线结构,D/A ,D/A 转换转换模板及其它所有电路模板都应符合统一的总线标准，以模板及其它所有电路模板都应符合统一的总线标准，以便设计者在组合计算机控制系统硬件时便设计者在组合计算机控制系统硬件时, , 只需往总线插只需往总线插槽上插上选用的功能模板而无需连线，十分方便灵活。槽上插上选用的功能模板而

57、无需连线，十分方便灵活。例如，例如，STDSTD总线标准规定模板尺寸为总线标准规定模板尺寸为165165114mm114mm，模板总，模板总线引脚共有线引脚共有5656根，并详细规定了每只引脚的功能根，并详细规定了每只引脚的功能. .又如，又如，用于工业用于工业pcpc的模板，应符合工业标准体系结构（的模板，应符合工业标准体系结构（ISA)ISA)和和外围部件互连（外围部件互连（PCI)PCI)标准。标准。2 2接口地址可选接口地址可选 一套控制系统往往需配置多块功能模板，或者一套控制系统往往需配置多块功能模板，或者同一种功能模板可能被组合在不同的系统中。因此，同一种功能模板可能被组合在不同的

58、系统中。因此，每块模板应具有接口地址的可选性。每块模板应具有接口地址的可选性。 一般接口地址可由基址一般接口地址可由基址( (或称板址或称板址) )和片址和片址( (或或称口址称口址) )组成，图组成，图2-142-14给出一种接口地址可选的译给出一种接口地址可选的译码电路。码电路。 A7AAAA6543171513118642P7P0QQ70PQ=GIOW118161412975374LS688SSSSS76543+ 5V+5VA012AA123654ABCG1GBGAY0YYYYYYY123456774LS138WC0WWWWWWWCCCCCCC1234567+5V8位量值比较器置位开关

59、译码器片址基址片选信号图 3-14 接口地址可选的译码电路图图2-14 2-14 接口地址可选的译码电路接口地址可选的译码电路 片选输出基址片选输出基址+片址片址3输出方式可选 为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，D/AD/A转换模板往往把各种电压输出和电流输出方转换模板往往把各种电压输出和电流输出方式组合在一起，然后式组合在一起，然后通过通过短接柱短接柱来选定某一种输来选定某一种输出方式。出方式。 一个实际的一个实际的D/AD/A转换模板，供用户选择的输出转换模板，供用户选择的输出范围常常是：范围常常是：05V05V、010V010V、5V5V、0

60、10mA010mA、420mA420mA等。等。 2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换模板的设计举例转换模板的设计举例 v 1 1、D/A D/A 转换模板的设计原则转换模板的设计原则v 2 2、D/A D/A 转换模板的设步骤转换模板的设步骤v 3 3、8 8路路8 8位位D/AD/A转换模板实例转换模板实例 1 1、D/A D/A 转换模板的设计原则转换模板的设计原则D/A 转换模板设计主要考虑以下几点：(1)(1)安全可靠：安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离技术。离技术。(2)(2)性能性能/ /价格比高：价格比高：既要在性能上达到预