计控07讲-3章DA原理

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