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文档简介
1、计算机控制技术课程讲义1z模数转换(模数转换(A/D):将模拟量转换成数字量的过程:将模拟量转换成数字量的过程z数模转换(数模转换(D/A):将数字量转换成模拟量的过程):将数字量转换成模拟量的过程zD/A转换的基本原理转换的基本原理:zD/A转换器的原理可以归纳为转换器的原理可以归纳为“按权展开,然后相加按权展开,然后相加”。因此,因此,D/A转换器内部必须要有一个解码网络,以实现转换器内部必须要有一个解码网络,以实现按权值分别进行按权值分别进行D/A转换。转换。z解码网络通常有两种:二进制加权电阻网络和解码网络通常有两种:二进制加权电阻网络和T型电阻型电阻网络。网络。 计算机控制技术课程讲
2、义2zn位位D/A转换器(转换器(T型电阻网络:由型电阻网络:由T型电阻解码网络,型电阻解码网络,参考电压参考电压UR,n位切换开关位切换开关Si,电阻网络,运算放大器,电阻网络,运算放大器等构成)等构成) UR R S1 S2 S3 R A1 d1 d2 d3 (MSB) 2RI8RI4RI2RI2R 2R 2R 4RIUo R dn-1 dn (LSB) 1R2-nInI2RnI2R1R2-nI2R 2R 2R Io Sn-1 Sn R1 A2 A3 An-1 An 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 - + + N 计算机控制技术课程讲义3z当当n=4时,设时,设D3、D2、D1、D
3、0为输入的二进制数字量,为输入的二进制数字量,其转换原理为:其转换原理为:)2222(16)2222(16)2222(161814121001122331100001122334031221301230DDDDRURRIUDDDDRUDDDDRURUDRUDRUDRUDIRRRRRRR-z上式中上式中D不是不是0就是就是1,0表示切换开关与参考电压表示切换开关与参考电压UR接通,该接通,该位有电流输入。位有电流输入。z当为当为n位二进制输入时,则位二进制输入时,则)22.22(20001122111DDDDRURUnnnnnR-计算机控制技术课程讲义4z当输入数字全为零时:当输入数字全为零时:
4、z当输入数字全为当输入数字全为1时,即满刻度输出为时,即满刻度输出为z最低有效位最低有效位LSB为为00U) 12(21max0-nnRRURURURUnRLSB210-z由此可见,由此可见,D/A转换器是提供电流的器件,所以在转换器是提供电流的器件,所以在D/A的输出加运算放大的输出加运算放大器才能转换成模拟电压信号。器才能转换成模拟电压信号。 D/A的输出电压不仅与二进制码有关,而的输出电压不仅与二进制码有关,而且与运算放大器的反馈电阻且与运算放大器的反馈电阻R1 ,基准电压,基准电压UR有关,当调整有关,当调整D/A满刻度及满刻度及输出范围时,往往要调整这两个参数。输出范围时,往往要调整
5、这两个参数。计算机控制技术课程讲义5zD/A转换器的分类转换器的分类z1. 并行转换:并行数据输入并行转换:并行数据输入REG电阻网电阻网z2. 串行转换:串行数据输入串行转换:串行数据输入移位移位REG电阻网电阻网并行并行D/A用于近距离,串行用于远程用于近距离,串行用于远程D/A, 且其且其REG一般有二级。一般有二级。zD/A转换器的性能参数(同样也适用于转换器的性能参数(同样也适用于A/D转换器)转换器)z1. 分辨率:逻辑二进制位数(常用分辨率:逻辑二进制位数(常用8bit,12bit)z2. 量程量程/输出范围:一般为输出范围:一般为0-5Vz3. 转换时间转换时间/建立时间:完成
6、一次工作所花费的时间建立时间:完成一次工作所花费的时间z4. 转换精度:满量程时转换的实际模拟输出值和理论值之间转换精度:满量程时转换的实际模拟输出值和理论值之间的接近程度。的接近程度。计算机控制技术课程讲义6z逐次逼近型逐次逼近型A/D转换:逐次逼近式转换:逐次逼近式A/D转换器是一种采转换器是一种采用二分搜索方法,逐次与输入信号比较并逼近之来实用二分搜索方法,逐次与输入信号比较并逼近之来实现现A/D转换的方法。转换的方法。z原理图原理图输出D/AREG控制逻辑+uin电压比较器I/O计算机控制技术课程讲义7工作流程图工作流程图开始i=最高位,REG=0,置A/D忙标志REG第i位置1,适当
7、延时,等待uf稳定读比较器结果=0?第i位清零i=最低位?YesNoNoYes结束i=i-1输出D/AREG控制逻辑+uin电压比较器I/O计算机控制技术课程讲义8A/D结束的三种处理方式结束的三种处理方式:z1. 中断:将结束标志作中断源中断:将结束标志作中断源z2. 查询:将结束标志作查询输入查询:将结束标志作查询输入z3. 等待延时(如需等待延时(如需12ms,可延时,可延时15ms,最耗时的方法),最耗时的方法)计算机控制技术课程讲义9z双积分式双积分式A/D转换器转换器z 方法:在固定时间内模拟输入电压向电容充电,并测方法:在固定时间内模拟输入电压向电容充电,并测量在已知标准电流下放
8、电所需的时间。量在已知标准电流下放电所需的时间。工作原理图:工作原理图:优点:消除干扰和电源噪声的能力强,精度高。优点:消除干扰和电源噪声的能力强,精度高。缺点:缺点: 转换速度慢。转换速度慢。计算机控制技术课程讲义10积分电容上的电压变化:积分电容上的电压变化:T00Vc (t)t输入充电计时放电计算机控制技术课程讲义113.8 A/D、D/A器件与微处理机的连接器件与微处理机的连接z一、单片一、单片A/D转换器转换器 以以ADC0809为例,自带多路开关,采样保持,放大器,为例,自带多路开关,采样保持,放大器,8路、路、8位位A/D逐次逼近型逐次逼近型引脚说明:引脚说明:IN0IN7:模拟
9、输入:模拟输入D0D7:数字输出:数字输出A.B.C:地址线:地址线ALE:地址锁存(高电平有效):地址锁存(高电平有效)OE:数据输出允许:数据输出允许EOC:转换完成信号(:转换完成信号(A/D工作时为低电平)工作时为低电平)START:A/D启动控制(下降沿启动启动控制(下降沿启动A/D)CLOCK:A/D工作时钟工作时钟REF+/-:基准电压输出(模拟电源:基准电压输出(模拟电源/地)地)Vcc/GND:逻辑电源:逻辑电源CLOCKSTART 数据数据 8 地址地址 完成完成锁存地址锁存地址输出允许输出允许D0D7ACBALEOEEOC标准源标准源IN0IN7REF+REF-模入模入计
10、算机控制技术课程讲义12芯片使用芯片使用z1.时钟的产生:一般时钟的产生:一般A/D工作时钟频率较工作时钟频率较CPU主频要低主频要低z(1)CPU主时钟分频(计数器)主时钟分频(计数器)z(2)使用外接电阻,电容,构成振荡网络(要求芯片有相应引使用外接电阻,电容,构成振荡网络(要求芯片有相应引脚)脚)z(3)使用晶体振荡器使用晶体振荡器 M:晶振(频率固定):晶振(频率固定) C:接地电容(:接地电容(2050P)z2.基准电压基准电压D:使用稳压二级管:使用稳压二级管R:精密电位器:精密电位器LM358:自稳零运放:自稳零运放C1、C2:滤波电容:滤波电容CCM时钟输出(或再进行分频)C2
11、C1LM358D+1215VREF+C2R计算机控制技术课程讲义13z3.启动处理:启动处理: 可与可与ALE共用,地址译码及共用,地址译码及 信号相与产生信号相与产生 有效且高地址选中时,有效且高地址选中时,ALE/START为高电平,这时所存低位地址为高电平,这时所存低位地址用于多路开关选择一路输入。用于多路开关选择一路输入。 信号撤消时,信号撤消时, ALE/START为低电为低电平,产生一个下降沿启动平,产生一个下降沿启动A/D工作。工作。WEWEWE译码+WE高地址ALESTARTz4.结束处理:结束处理:z(1) 中断:中断:EOC作为一个作为一个CPU的外部中断源的外部中断源z(
12、2) 查询:查询:EOC作为一位数据接入并行输入接口作为一位数据接入并行输入接口z(3) 延时等待延时等待 计算机控制技术课程讲义14z5. 数据输出数据输出 读信号与地址译码读信号与地址译码 z6. 模拟输入保护模拟输入保护 R:限流限流 C:滤波:滤波 D:限制:限制INX端最高电压端最高电压RD译码+DER模入INXCD计算机控制技术课程讲义15二、单片二、单片D/A转换器转换器z以以DAC0832为例,自带数字寄存器,实现数字保持式输出为例,自带数字寄存器,实现数字保持式输出 引脚说明:引脚说明:D0D7:数据线:数据线CS:片选:片选Xfer:传输片选:传输片选ILE:数据输入允许:
13、数据输入允许WR1/WR2:输入:输入/传输传输 写信号写信号Iout1/Iout2:电流互补输出。电流互补输出。即:即:Iout1 + Iout2=常数常数Rfb :反馈电阻:反馈电阻VREF/AGND:基准源,模拟地:基准源,模拟地VCC/GND:逻辑电源:逻辑电源芯片使用:芯片使用:DAC0832带有二级数字寄存器,可用于后备数字寄存器或多带有二级数字寄存器,可用于后备数字寄存器或多D/A片同时输出。片同时输出。电流输出反馈电阻标准源写信号Iout1Iout2RfbVrefVGNDWR1WR2数据XferD0D7CSILE传输片选片选输入允许计算机控制技术课程讲义16z1.数据输入:当无
14、需二级寄存器时,可将数据输入:当无需二级寄存器时,可将WR1、WR2同接同接CPU写信号;写信号; 同接地址译码;同接地址译码;ILE恒高电恒高电平即可。平即可。z2.输出驱动输出驱动z(1)输出电压:输出电压:uout = K*Iout1K与与R1、R3及及Rfb内阻相关。内阻相关。R1可调节放大倍数,即可调可调节放大倍数,即可调uout的量程。的量程。R2为调零电阻,即可调为调零电阻,即可调uout的零点。的零点。当调零电阻接负电压时,运放工作更稳定,线性更好。当调零电阻接负电压时,运放工作更稳定,线性更好。C1/C2:输出滤波电容(:输出滤波电容(0.1/10u) CSferXR3Rbf
15、Iout1Iout2AGNDuoutC2R2R1C1-12V计算机控制技术课程讲义17z(2)输出电流:在输出电压的基础上,由运放和三极管射级跟随输出电流:在输出电压的基础上,由运放和三极管射级跟随器构成恒流源。器构成恒流源。R1与与R2、R3为并联关系。调节为并联关系。调节R2可调节射级可调节射级电流量程,电流量程,RL,负载电阻,负载电阻 流过流过R1/R2、R3的电流即为的电流即为Iout,A点电压只受点电压只受uout控制,不受控制,不受RL负载大小影响负载大小影响LM358+12VuoutRLR1R2R3AIout计算机控制技术课程讲义18z(3)双极性电压输出:双极性电压输出: 在输出电压在输出电压uout基础上,并调整基础上,并调整uout量程为量程为0uREF,则如图电路有:,则如图电路有:数字数字00H时:时:uout= 0,i1= 0,i2= uREF/2R, i3 = i2-i1 = u
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