模拟接口电路

模拟接口电路第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期六9.2D/A转换器

9.2.1D/A转换器的基本原理及技术指标

典型的D/A转换器芯片通常由模拟开关、权电阻网络、缓冲电路等组成,其框图如下图所示。典型D/A转换器芯片的组成框图第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

4个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到16种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把0000~1111转换成大小不同的电流，从而可以在运算放大器的输出端得到大小不同的电压。如果由数字0000每次增1，一直变化到1111就可以得到一个阶梯波电压，如图所示。第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

9.2.2D/A转换器的主要技术指标

1.分辨率

分辨率表示D/A转换器的1个LSB(最低有效位)输入使输出变化的程度。通常用数字量的位数来表示，如8位、12位等。对一个分辨率为n位的转换器，能够分辨满量程的2-n输入信号。

例如，分辨率为8位的D/A转换器能给出满量程电压的1/256(即1/28)的分辨能力。

第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期六2.精度它表示由于D/A变换器的引入,使其输出和输入之间产生的误差。

D/A变换器的误差主要由下面几部分组成:①非线性误差。②温度系数误差。③电源波动误差。第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期六3．建立时间

建立时间也称稳定时间，是指在D/A的数字输入端加上满量程的变化(如从全”0”变为全”1”)以后，其模拟输出稳定到最终值±1/2LSB时所需的时间。当输出的模拟量为电流时，建立时间较短；当输出的模拟量为电压时，建立时间较长，主要是输出运算放大器所需的时间。

第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期六4.输出电平不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大。一般电压型的D/A转换器输出为0~5V或0~10V；电流型的D/A转换器，输出电流为几毫安至几安。5．线性误差相邻两个数字量之间的差应是1LSB，即理想的转换特性应是线性的。在满量程范围内，偏离理想的转换特性的最大值称为线性误差。6.温度系数在规定的范围内，相应于温度每变化1℃，增益、线性度、零点偏移等参数的变化量。温度系数直接影响转换精度。第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期六DAC0832内部结构图9.2.3常用的D/A转换芯片第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期六1202

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11CSWR1AGNDD3D2D1D0VREFRfbDGNDVCCILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT2IOUT1DAC0832第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期六DAC0832为20条引线的芯片,各引线定义如下:D0~D7——8条输入数据线;ILE——输入寄存器选通命令,它与、配合使输入寄存器的输出随输入变化;

——选片信号;

——写输入寄存器信号;

——写变换寄存器信号;

——允许输入寄存器数据传送到变换寄存器;第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期六VREF——参考电压输入端,其电源电压可在—10V~+10V范围中选取;IOUT1、IOUT2——D/A转换器差动电流输出;Rfb——反馈端,接运算放大器输出;AGND——模拟信号地;DGND——数字信号地;VCC——电源电压,可用+5V(或+15V)第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期六DAC0832的几种典型输出连接方式①单极输出电路。单极性输出电路如图所示。D/A芯片输出电流i经输出电路转换成单极性的电压输出。第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期六②双极性输出电路。由电路参数计算可得到最后的输出电压表达式为

设U1为0~-5V,则选取UREF为+5V。那么

UOUT=0~10V-5V=-5V~5V

IOUT1IOUT2双极性输出电路第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期六DAC0832与系统的连接图

DAC0832与8086微处理器的连接第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期六例：设D/A的端口地址为278H,编写产生锯齿波的程序如下:MOVDX,278H;端口地址送DXA1:MOVAL,00H;准备起始输出数据

LOOP:OUTDX,ALINCAL CMPAL,0FFH JNCA1 JMPLOOP

第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期六在上图的基础上,请阅读下面的程序,判断UOUT的波形。START:MOVDX,0278HNEXT1:INCALOUTDX,AL CMPAL,0FFHJNENEXT1NEXT2:DECALOUTDX,AL CMPAL,00HJNENEXT2JMPNEXT1第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它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、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。9.3模/数（A/D）转换器第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期六9.3.1A/D转换器的基本工作原理及结构1.A/D转换器的基本工作原理逐次反馈型A/D转换器的基本工作原理及变换过程和用天平称某一物体重量的过程十分相似。例如,某一个12位的A/D转换器,其最大输入的模拟电压为5V。那么,该A/D转换器输出的对应值就为FFFH。其最低有效位1位所代表的模拟电压值称为量化间隔Δ(或称当量)。Δ的定义为最大输入电压A/D转换器的量化电平数目第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

现设输入模拟电压为4.5V,其具体变换过程如下:

位序号比较表达式二进制值

b114.5V-2048×1.22mV=2V＞01b102V-1024×1.22mV=0.75V＞01b90.75V-512×1.22mV=0.125V＞01b80.125V-256×1.22mV＜00b70.125V-128×1.22mV＜00b60.125V-64×1.22mV=0.046V＞01b50.046V-32×1.22mV=0.0069V＞01b40.0069V-16×1.22mV＜00b30.0069V-8×1.22mV＜00b20.0069V-4×1.22mV=0.0021V＞01b10.0021V-2×1.22mV＜00b00.0021V-1×1.22mV＞01

第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

9.3.2A/D转换器的主要技术指标(1)分辨率

分辨率反映A/D转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位（LSB）所对应的模拟输入的电平值表示。如：8位A/D转换器能对模入满量程的1/28=1/256的增量作出反应。N位A/D能反应1/2N满量程的模入电平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

(2)精度

A/D转换器的总精度由各种因素引起的误差所决定。这些误差有:

①量化误差。A/D转换器的量化误差决定于A/D转换器的转换特性。量化误差用绝对误差可表示为量化误差=1/2×量化间隔用相对误差可表示为量化误差=②非线性误差。③电源波动误差。④温度漂移误差。⑤零点漂移误差。⑥参考电源误差。0.5量化电平数目第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

(3)变换时间(或变换速率)

完成一次A/D变换所需要的时间为变换时间。变换速率(频率)是变换时间的倒数。例如AD574KD变换时间为35μs,其变换速率为28.57kHz。

第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期六

9.3.3A/D转换器芯片及应用在这里介绍8位A/D转换器芯片ADC0809ADC0809共有28个引脚,其中D0~D7——输出数据线;IN0~IN7——8路模拟电压输入端;ADDA,ADDB,ADDC——路地址输入;ADDA——最低位,ADDC——最高位;START——启动信号,下降沿有效;ALE——路地址锁存信号,用来锁存ADDA~ADDC的地址输入,上升沿有效;EOC——变换结束状态信号,高电平表示一次变换已结束;

ADC0809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVR+GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VR-D212345678910111213142827262524232221201918171615第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期六OE——读允许信号,高电平有效;CLK——时钟输入端;VREF(+),VREF(-)——参考电压输入端;VCC——5V电源输入;GND——地。ADC0809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVR+GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VR-D212345678910111213142827262524232221201918171615第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期六ADC0809工作时序图第二十五页，共二十七页，编辑于202