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第十章模拟接口电路第十章模拟接口电路本讲稿第一页，共七十六页10.1概述概述在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一在自动控制和测量系统中，被控制和被测量的对象往往是一些连续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、些连续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、些连续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、些连续变化的物理量。如：温度、压力、流量、速度、电流、电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为模拟量电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为模拟量电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为模拟量电压等。这些随时间连续变化的物理量，称为模拟量(Analog)(Analog)。计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须计算机参与测量和控制时，模拟量不能直接送入计算机，必须先把它们转换成数字量先把它们转换成数字量先把它们转换成数字量先把它们转换成数字量(Digital)(Digital)。能够将模拟量转换成数字量。能够将模拟量转换成数字量。能够将模拟量转换成数字量。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模拟数字转换器，简称的器件称为模拟数字转换器，简称的器件称为模拟数字转换器，简称的器件称为模拟数字转换器，简称ADCADC。同样，计算机输出。同样，计算机输出。同样，计算机输出。同样，计算机输出的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，的是数字量，不能直接用于使用模拟量的控制执行部件，必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字模拟转换器，简称模拟量的器件称为数字模拟转换器，简称模拟量的器件称为数字模拟转换器，简称模拟量的器件称为数字模拟转换器，简称DACDAC。因此，。因此，。因此，。因此，我们常把我们常把我们常把我们常把ADCADC和和和和DACDAC器件以及相关电路成为模拟接口电器件以及相关电路成为模拟接口电器件以及相关电路成为模拟接口电器件以及相关电路成为模拟接口电路。路。路。路。本讲稿第二页，共七十六页uu模拟量模拟量连续变化的物理量连续变化的物理量uu数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCADCDACDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器10.1概述概述本讲稿第三页，共七十六页含有含有含有含有A/DA/D与与与与D/AD/A转换的监控系统转换的监控系统转换的监控系统转换的监控系统 本讲稿第四页，共七十六页模模/数与数数与数/模转换通道的组成模转换通道的组成 一般模一般模/数转换通道由传感器、信号处数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及理、多路转换开关、采样保持器以及A/D转转换器组成换器组成。本讲稿第五页，共七十六页传感器传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比。比。一、传感器（一、传感器（TransducerTransducer）本讲稿第六页，共七十六页 由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作在一起，输出统一标准的在一起，输出统一标准的在一起，输出统一标准的在一起，输出统一标准的0 010mA10mA或或或或4 420mA20mA电流，电流，电流，电流，或或或或0 05V5V电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送A/DA/D转换器进行转换器进行转换器进行转换器进行A/DA/D转换，其中，转换，其中，转换，其中，转换，其中，4 420mA20mA标准电流输出的传感器较为普遍标准电流输出的传感器较为普遍标准电流输出的传感器较为普遍标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出常说的流量变送器、压力变送器等一般输出常说的流量变送器、压力变送器等一般输出常说的流量变送器、压力变送器等一般输出4 420mA20mA标标标标准电流，内部处于恒流输出结构，准电流，内部处于恒流输出结构，准电流，内部处于恒流输出结构，准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比显然电流型传感器比显然电流型传感器比显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，电，因此，电，因此，电，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。本讲稿第七页，共七十六页二、信号放大处理二、信号放大处理 信号放大处理电路，接在信号放大处理电路，接在A/D转换器与传感器之转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题：间，用于解决以下存在问题：uA/D转换器与传感器二者电压不匹配；转换器与传感器二者电压不匹配；u如果是电流型输出传感器，要进行如果是电流型输出传感器，要进行变换变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号；与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号；u传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，通常采用的干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好。技术，使得滤波特性更好。本讲稿第八页，共七十六页三、多路转换开关（三、多路转换开关（MultiplexerMultiplexer）u一个数据采集系统（一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多转换）往往要采集多路模拟信号；路模拟信号；u通常只用一片通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制；统的监测与控制；u许多许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一转换芯片内部具备多路转换开关，一片片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果如果A/D转换芯片不具有多路转换功能，则在转换芯片不具有多路转换功能，则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关。转换之前外加模拟多路转换开关。本讲稿第九页，共七十六页常用的模拟多路开关介绍常用的模拟多路开关介绍CD4051BCD4051B的基本结构的基本结构的基本结构的基本结构CD4051BCD4051B采用了采用了采用了采用了CMOSCMOS工艺，工艺，工艺，工艺，1616脚脚脚脚DIPDIP封装封装封装封装八选一八选一模拟多路开关模拟多路开关 当使能端当使能端当使能端当使能端INHINH为为为为0 0状态时，状态时，状态时，状态时，CD4051BCD4051B才能选择导通，由选才能选择导通，由选才能选择导通，由选才能选择导通，由选择输入端择输入端择输入端择输入端A A2 2A A1 1A A0 0三位二进制编三位二进制编三位二进制编三位二进制编码来控制（码来控制（码来控制（码来控制（CHCH0 0CHCH7 7）八个输）八个输）八个输）八个输入通道的通断。该芯片能实入通道的通断。该芯片能实入通道的通断。该芯片能实入通道的通断。该芯片能实现双向传输，即可以实现多现双向传输，即可以实现多现双向传输，即可以实现多现双向传输，即可以实现多传一或一传多两个方向的传传一或一传多两个方向的传传一或一传多两个方向的传传一或一传多两个方向的传送。送。送。送。本讲稿第十页，共七十六页四、采样保持器（四、采样保持器（Sample HolderSample Holder）u在在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信号转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路；不变的电路称为采样保持电路；uA/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间；间；u不同不同A/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续变转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差；引起转换误差；u慢速变化的模拟信号，在慢速变化的模拟信号，在A/D转换系统中，完全可转换系统中，完全可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响以不必采用采样保持电路，而且并不会影响A/D转转换的精度。换的精度。本讲稿第十一页，共七十六页采样采样采样采样/保持器的基本原理保持器的基本原理保持器的基本原理保持器的基本原理 采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样采样采样采样”或或或或“保持保持保持保持”两种工作状态的电路两种工作状态的电路两种工作状态的电路两种工作状态的电路,采样采样采样采样/保持示意图如图保持示意图如图保持示意图如图保持示意图如图10-510-5所所所所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图10-510-5中中中中可以看出，经过对可以看出，经过对可以看出，经过对可以看出，经过对V Vi i的采样，的采样，的采样，的采样，V V0 0的小平台电压值保持到下的小平台电压值保持到下的小平台电压值保持到下的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的一次的采样开始，该稳定的一次的采样开始，该稳定的一次的采样开始，该稳定的“小平台小平台小平台小平台”电压供电压供电压供电压供A/DA/D转换器转换器转换器转换器进行进行进行进行A/DA/D转换。转换。转换。转换。本讲稿第十二页，共七十六页采样采样/保持示意图保持示意图本讲稿第十三页，共七十六页五、五、A/DA/D转换器（转换器（Analog to DigitAnalog to Digit）A/DA/D转换器是模转换器是模/数转换通道的核心环节，数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或进制数或BCDBCD码等），以便由计算机读取、分码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号。析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号。本讲稿第十四页，共七十六页 六驱动器六驱动器计算机输出的数字量信号经计算机输出的数字量信号经计算机输出的数字量信号经计算机输出的数字量信号经DACDAC转换后的模拟信号或直转换后的模拟信号或直转换后的模拟信号或直转换后的模拟信号或直接输出的开关量信号，其驱动功率往往不能满足执行部件的接输出的开关量信号，其驱动功率往往不能满足执行部件的接输出的开关量信号，其驱动功率往往不能满足执行部件的接输出的开关量信号，其驱动功率往往不能满足执行部件的要求。所以，在驱动执行部件之前，一般都要进行功率放大、要求。所以，在驱动执行部件之前，一般都要进行功率放大、要求。所以，在驱动执行部件之前，一般都要进行功率放大、要求。所以，在驱动执行部件之前，一般都要进行功率放大、信号隔离和匹配、以及动作时间协调等。鉴于计算机过程控信号隔离和匹配、以及动作时间协调等。鉴于计算机过程控信号隔离和匹配、以及动作时间协调等。鉴于计算机过程控信号隔离和匹配、以及动作时间协调等。鉴于计算机过程控制现场，有不少执行部件是工作于开关状态的，如步进电机、制现场，有不少执行部件是工作于开关状态的，如步进电机、制现场，有不少执行部件是工作于开关状态的，如步进电机、制现场，有不少执行部件是工作于开关状态的，如步进电机、启停交流电机、交流触发器、电控阀门、继电器等。使用启停交流电机、交流触发器、电控阀门、继电器等。使用启停交流电机、交流触发器、电控阀门、继电器等。使用启停交流电机、交流触发器、电控阀门、继电器等。使用时应注意，不同的执行部件，所需的驱动电流和电压均不相时应注意，不同的执行部件，所需的驱动电流和电压均不相时应注意，不同的执行部件，所需的驱动电流和电压均不相时应注意，不同的执行部件，所需的驱动电流和电压均不相同，所以驱动器型号也不同。同，所以驱动器型号也不同。同，所以驱动器型号也不同。同，所以驱动器型号也不同。本讲稿第十五页，共七十六页10.2数模（数模（D/A）转换器）转换器D DA A转换器的主要部件是电阻开关网络，通常是由输入的二进转换器的主要部件是电阻开关网络，通常是由输入的二进转换器的主要部件是电阻开关网络，通常是由输入的二进转换器的主要部件是电阻开关网络，通常是由输入的二进制数的各位控制一些开关，通过电阻网络，在运算放大器的输入端产制数的各位控制一些开关，通过电阻网络，在运算放大器的输入端产制数的各位控制一些开关，通过电阻网络，在运算放大器的输入端产制数的各位控制一些开关，通过电阻网络，在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比例的电流，经过运算放大器相加和转换而生与二进制数各位的权成比例的电流，经过运算放大器相加和转换而生与二进制数各位的权成比例的电流，经过运算放大器相加和转换而生与二进制数各位的权成比例的电流，经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比例的模拟电压。成为与二进制数成比例的模拟电压。成为与二进制数成比例的模拟电压。成为与二进制数成比例的模拟电压。10.2.1D/A10.2.1D/A转换器的工作原理转换器的工作原理转换器的工作原理转换器的工作原理最简单的最简单的最简单的最简单的D DA A转换器电路如下图所示，转换器电路如下图所示，转换器电路如下图所示，转换器电路如下图所示，V VREFREF是一个足够精度的是一个足够精度的是一个足够精度的是一个足够精度的参考电压，运算放大器输入端的各支路对应待转换数据的第参考电压，运算放大器输入端的各支路对应待转换数据的第参考电压，运算放大器输入端的各支路对应待转换数据的第参考电压，运算放大器输入端的各支路对应待转换数据的第0 0位、第位、第位、第位、第1 1位位位位第第第第n-1n-1位。支路中的开关由对应的数位来控制，如果该数位为位。支路中的开关由对应的数位来控制，如果该数位为位。支路中的开关由对应的数位来控制，如果该数位为位。支路中的开关由对应的数位来控制，如果该数位为“1”“1”，则对应的开关闭合；如果该数位为则对应的开关闭合；如果该数位为则对应的开关闭合；如果该数位为则对应的开关闭合；如果该数位为“0”“0”，则对应的开关打开。各输入支，则对应的开关打开。各输入支，则对应的开关打开。各输入支，则对应的开关打开。各输入支路中的电阻分别为路中的电阻分别为路中的电阻分别为路中的电阻分别为R R、2R2R、4R4R这些电阻称为权电阻。这些电阻称为权电阻。这些电阻称为权电阻。这些电阻称为权电阻。本讲稿第十六页，共七十六页44个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到1616种不同种不同种不同种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把0000111100001111转换成大转换成大转换成大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。如果由数字压。如果由数字压。如果由数字压。如果由数字00000000每次增每次增每次增每次增1 1，一直变化到，一直变化到，一直变化到，一直变化到11111111就可以得到一个阶梯就可以得到一个阶梯就可以得到一个阶梯就可以得到一个阶梯波电压，如图所示。波电压，如图所示。波电压，如图所示。波电压，如图所示。本讲稿第十七页，共七十六页图图微机系统中的微机系统中的D/A转换环节转换环节图图图图 所示为微机系统中的所示为微机系统中的所示为微机系统中的所示为微机系统中的D/AD/A转换环节。对于一个转换环节。对于一个转换环节。对于一个转换环节。对于一个8 8位位位位D/AD/A转换转换转换转换器来说，假设输出为单极性模拟量电压，满量程值为器来说，假设输出为单极性模拟量电压，满量程值为器来说，假设输出为单极性模拟量电压，满量程值为器来说，假设输出为单极性模拟量电压，满量程值为5V5V，在理论，在理论，在理论，在理论上其数字量与模拟量之间的对应关系如下表上其数字量与模拟量之间的对应关系如下表上其数字量与模拟量之间的对应关系如下表上其数字量与模拟量之间的对应关系如下表 所示。所示。所示。所示。输出电压的计算公式为输出电压的计算公式为输出电压的计算公式为输出电压的计算公式为V VOUTOUT=式式式式中中中中，N N是是是是D/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的位位位位数数数数，D D是是是是数数数数字字字字量量量量换换换换算算算算到到到到十十十十进进进进制制制制的的的的数数数数值值值值，满量程电压值满量程电压值满量程电压值满量程电压值/2/2N N是是是是1LSB1LSB所对应的模拟量电压，即分辨率。所对应的模拟量电压，即分辨率。所对应的模拟量电压，即分辨率。所对应的模拟量电压，即分辨率。本讲稿第十八页，共七十六页本讲稿第十九页，共七十六页图图D/A转换输出的模拟量曲线转换输出的模拟量曲线由于数字量不是连续的，其由于数字量不是连续的，其由于数字量不是连续的，其由于数字量不是连续的，其转换后的模拟量自然就不是连续转换后的模拟量自然就不是连续转换后的模拟量自然就不是连续转换后的模拟量自然就不是连续的。同时由于计算机每次输出数的。同时由于计算机每次输出数的。同时由于计算机每次输出数的。同时由于计算机每次输出数据和据和据和据和D/AD/A转换器进行转换需要一转换器进行转换需要一转换器进行转换需要一转换器进行转换需要一定的时间，因此实际上定的时间，因此实际上定的时间，因此实际上定的时间，因此实际上D/AD/A转换转换转换转换器输出的模拟量随时间的变化曲器输出的模拟量随时间的变化曲器输出的模拟量随时间的变化曲器输出的模拟量随时间的变化曲线不是连续的，而呈阶梯状线不是连续的，而呈阶梯状线不是连续的，而呈阶梯状线不是连续的，而呈阶梯状 如如如如图图图图 所示。图中时间坐标的最小所示。图中时间坐标的最小所示。图中时间坐标的最小所示。图中时间坐标的最小分度分度分度分度TT是相邻的两次输出数据是相邻的两次输出数据是相邻的两次输出数据是相邻的两次输出数据的时间间隔，的时间间隔，的时间间隔，的时间间隔，模拟量坐标的最模拟量坐标的最模拟量坐标的最模拟量坐标的最小分度是小分度是小分度是小分度是1LSB1LSB。但如果。但如果。但如果。但如果D/AD/A转转转转换器的分辨率较高，换器的分辨率较高，换器的分辨率较高，换器的分辨率较高，TT很短，很短，很短，很短，那么这条曲线的台阶就很密，基那么这条曲线的台阶就很密，基那么这条曲线的台阶就很密，基那么这条曲线的台阶就很密，基本上就是连续的。本上就是连续的。本上就是连续的。本上就是连续的。本讲稿第二十页，共七十六页 在实际应用中，常选用电流输出型来实现电压输出，在实际应用中，常选用电流输出型来实现电压输出，在实际应用中，常选用电流输出型来实现电压输出，在实际应用中，常选用电流输出型来实现电压输出，即通过外接的运算放大器把即通过外接的运算放大器把即通过外接的运算放大器把即通过外接的运算放大器把D DA A转换器的输出电流转换成转换器的输出电流转换成转换器的输出电流转换成转换器的输出电流转换成电压。电压。电压。电压。本讲稿第二十一页，共七十六页在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输出，在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输出，在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输出，在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输出，其电压通常为其电压通常为其电压通常为其电压通常为0+5V0+5V或或或或0 0+10V+10V；有时则要求输出是双方向的，；有时则要求输出是双方向的，；有时则要求输出是双方向的，；有时则要求输出是双方向的，即双极性输出，如电压为即双极性输出，如电压为即双极性输出，如电压为即双极性输出，如电压为5V5V、10V10V。单极性和双极性输出电。单极性和双极性输出电。单极性和双极性输出电。单极性和双极性输出电路分别由图路分别由图路分别由图路分别由图(a)(a)和和和和(b)(b)所示。所示。所示。所示。对于对于对于对于D/AD/A转换器内有反馈电阻转换器内有反馈电阻转换器内有反馈电阻转换器内有反馈电阻R Rfbfb的，有时可不接的，有时可不接的，有时可不接的，有时可不接R R1 1电阻，由电阻，由电阻，由电阻，由A A1 1的输出直接连到芯片的输出直接连到芯片的输出直接连到芯片的输出直接连到芯片RoRo引脚。引脚。引脚。引脚。V VREFREF的极性可正可负，当其极性改变的极性可正可负，当其极性改变的极性可正可负，当其极性改变的极性可正可负，当其极性改变时，输出模拟电压时，输出模拟电压时，输出模拟电压时，输出模拟电压VoutVout极性相应改变。由于双极性输出要正负输极性相应改变。由于双极性输出要正负输极性相应改变。由于双极性输出要正负输极性相应改变。由于双极性输出要正负输出，把变化的动态范围相应增加了一倍，因此，双极性输出较单出，把变化的动态范围相应增加了一倍，因此，双极性输出较单出，把变化的动态范围相应增加了一倍，因此，双极性输出较单出，把变化的动态范围相应增加了一倍，因此，双极性输出较单极性输出灵敏度降低一倍。极性输出灵敏度降低一倍。极性输出灵敏度降低一倍。极性输出灵敏度降低一倍。本讲稿第二十二页，共七十六页(1)(1)分辨率。分辨率。分辨率。分辨率。分分分分辨辨辨辨率率率率是是是是当当当当输输输输入入入入数数数数字字字字量量量量发发发发生生生生单单单单位位位位数数数数码码码码变变变变化化化化（即即即即1LSB1LSB）时时时时，所所所所对对对对应应应应的的的的输输输输出出出出模模模模拟拟拟拟量量量量的的的的变变变变化化化化量量量量，即即即即等等等等于于于于模模模模拟拟拟拟量量量量输输输输出出出出的的的的满满满满量量量量程程程程值值值值的的的的 （N N为为为为数数数数字字字字量量量量位位位位数数数数）。分分分分辨辨辨辨率率率率也也也也可可可可以以以以用用用用相相相相对对对对值值值值（1/21/2N N）百百百百分分分分率率率率表表表表示示示示。在实际应用中，又常用数字量的位数来表示分辨率。在实际应用中，又常用数字量的位数来表示分辨率。在实际应用中，又常用数字量的位数来表示分辨率。在实际应用中，又常用数字量的位数来表示分辨率。(2)(2)转换精度。转换精度。转换精度。转换精度。转转转转换换换换精精精精度度度度是是是是指指指指一一一一个个个个实实实实际际际际的的的的D/AD/A转转转转换换换换器器器器与与与与理理理理想想想想的的的的D/AD/A转转转转换换换换器器器器相相相相比比比比较较较较的的的的转转转转换换换换误误误误差差差差。理理理理想想想想的的的的D/AD/A转转转转换换换换器器器器特特特特性性性性如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。精精精精度度度度反反反反映映映映D/AD/A转转转转换换换换的的的的总总总总误误误误差差差差。其主要误差有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。其主要误差有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。其主要误差有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。其主要误差有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。10.2.2D/A10.2.2D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标本讲稿第二十三页，共七十六页 图图理想的理想的D/A转换特性转换特性000000模拟量模拟量模拟量模拟量001001010010011011100100101101111111110110数字量数字量数字量数字量本讲稿第二十四页，共七十六页 非线性误差。非线性误差。非线性误差。非线性误差。非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差是是是是实实实实际际际际转转转转换换换换特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线与与与与理理理理想想想想转转转转换换换换特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线之之之之间间间间的的的的最最最最大大大大偏偏偏偏差差差差。一一一一般般般般要要要要求求求求此此此此误误误误差差差差不不不不大大大大于于于于LSBLSB。D/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的失失失失调调调调和和和和增增增增益益益益调调调调整整整整一一一一般般般般不不不不能能能能完完完完全全全全消消消消除除除除非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差，但但但但可可可可以以以以使使使使之之之之显显显显著著著著减减减减小。小。小。小。微分非线性误差。微分非线性误差。微分非线性误差。微分非线性误差。微微微微分分分分非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差是是是是指指指指任任任任意意意意两两两两个个个个相相相相邻邻邻邻数数数数码码码码所所所所对对对对应应应应的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量间间间间隔与理想值之间的偏差。隔与理想值之间的偏差。隔与理想值之间的偏差。隔与理想值之间的偏差。(3)(3)建立时间。建立时间。建立时间。建立时间。当当当当D/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的输输输输入入入入数数数数据据据据发发发发生生生生变变变变化化化化后后后后，输输输输出出出出模模模模拟拟拟拟量量量量达达达达到到到到稳稳稳稳定定定定数数数数值值值值，即进入规定的精度范围内所需要的时间。即进入规定的精度范围内所需要的时间。即进入规定的精度范围内所需要的时间。即进入规定的精度范围内所需要的时间。本讲稿第二十五页，共七十六页(4)(4)温度系数。温度系数。温度系数。温度系数。D/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的各各各各项项项项性性性性能能能能指指指指标标标标一一一一般般般般在在在在环环环环境境境境温温温温度度度度为为为为2525下下下下测测测测定定定定。环环环环境境境境温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化会会会会对对对对D/AD/A转转转转换换换换精精精精度度度度产产产产生生生生影影影影响响响响，这这这这一一一一影影影影响响响响分分分分别别别别用用用用失失失失调调调调温温温温度度度度系系系系数数数数、增增增增益益益益温温温温度度度度系系系系数数数数和和和和微微微微分分分分非非非非线线线线性性性性温温温温度度度度系系系系数数数数来来来来表表表表示示示示。这这这这些些些些系系系系数数数数的的的的含含含含义义义义是是是是当当当当环环环环境境境境温温温温度度度度变变变变化化化化1 1时时时时该该该该项项项项误误误误差差差差的的的的相相相相对对对对变变变变化化化化率，单位是率，单位是率，单位是率，单位是1010-6-6/。本讲稿第二十六页，共七十六页10.2.3常用的常用的D/A转换芯片转换芯片 D/AD/A转换器的类型很多。从输入电路来说，一转换器的类型很多。从输入电路来说，一转换器的类型很多。从输入电路来说，一转换器的类型很多。从输入电路来说，一般的般的般的般的D/AD/A转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输入的数据有入的数据有入的数据有入的数据有8 8位、位、位、位、1010位、位、位、位、1212位等。从输出信号来说，位等。从输出信号来说，位等。从输出信号来说，位等。从输出信号来说，D/AD/A转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电压输出。压输出。压输出。压输出。本讲稿第二十七页，共七十六页 D/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的转转转转换换换换速速速速度度度度较较较较快快快快，一一一一般般般般其其其其电电电电流流流流建建建建立立立立时时时时间间间间为为为为1 1ss。有有有有些些些些D/AD/A转转转转换换换换器器器器具具具具有有有有其其其其它它它它功功功功能能能能，如如如如能能能能输输输输出出出出多多多多路路路路模模模模拟拟拟拟量量量量、输输输输出出出出工工工工业业业业控控控控制制制制用用用用的标准电流信号。的标准电流信号。的标准电流信号。的标准电流信号。典典典典型型型型的的的的D/AD/A转转转转换换换换器器器器如如如如8 8位位位位通通通通用用用用型型型型DAC0832DAC0832、1212位位位位的的的的DAC1208DAC1208、电压输出型的电压输出型的电压输出型的电压输出型的AD558AD558和多路输出型和多路输出型和多路输出型和多路输出型AD7528AD7528。DAC0832DAC0832是是是是8 8位位位位分分分分辨辨辨辨率率率率的的的的D/AD/A转转转转换换换换集集集集成成成成芯芯芯芯片片片片。它它它它具具具具有有有有与与与与微微微微机机机机连连连连接接接接简简简简单单单单、转转转转换换换换控控控控制制制制方方方方便便便便、价价价价格格格格低低低低廉廉廉廉等等等等特特特特点点点点，微微微微机机机机系系系系统统统统中中中中得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用。用。用。用。(1)(1)结构和引脚。结构和引脚。结构和引脚。结构和引脚。DAC0832DAC0832的的的的结结结结构构构构框框框框图图图图如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示，它它它它由由由由8 8位位位位输输输输入入入入锁锁锁锁存存存存器器器器、8 8位位位位DACDAC寄寄寄寄存存存存器器器器、8 8位位位位DACDAC转转转转换换换换器器器器及及及及转转转转换换换换控控控控制制制制电电电电路路路路构构构构成成成成。封封封封装装装装为为为为2020脚脚脚脚双双双双列直插式。列直插式。列直插式。列直插式。各引脚功能如下：各引脚功能如下：各引脚功能如下：各引脚功能如下：本讲稿第二十八页，共七十六页DAC0832DAC0832是美国国家半导体公司生产的是美国国家半导体公司生产的是美国国家半导体公司生产的是美国国家半导体公司生产的8 8位位位位D/AD/A芯片，共有芯片，共有芯片，共有芯片，共有2020个引脚个引脚个引脚个引脚,如图所示。其主要引脚定义分别如下：如图所示。其主要引脚定义分别如下：如图所示。其主要引脚定义分别如下：如图所示。其主要引脚定义分别如下：D D7 7DD0 0：8 8位数字量输入信号，其中位数字量输入信号，其中位数字量输入信号，其中位数字量输入信号，其中D D0 0为最低位，为最低位，为最低位，为最低位，D D7 7为最高位。为最高位。为最高位。为最高位。ILE：输入寄存器的允许信号，高电平：输入寄存器的允许信号，高电平有效。有效。ILE信号和信号和CS、WRWRl l共同控制共同控制选通输入寄存器。当选通输入寄存器。当CS、WRl均为均为低电平，而低电平，而ILE为高电平时，输入数据为高电平时，输入数据立即被送至立即被送至8位输入寄存器的输出端位输入寄存器的输出端（见图（见图DAC0832逻辑结构框图）。当逻辑结构框图）。当上述三个控制信号中任一个无效时，上述三个控制信号中任一个无效时，输入寄存器将数据锁存，输出端呈保输入寄存器将数据锁存，输出端呈保持状态。持状态。本讲稿第二十九页，共七十六页本讲稿第三十页，共七十六页D7D0D7D0：8 8位数据输入端。位数据输入端。位数据输入端。位数据输入端。ILEILE：输入寄存器允许信号，输入寄存器允许信号，输入寄存器允许信号，输入寄存器允许信号，输入，高电平有效。输入，高电平有效。输入，高电平有效。输入，高电平有效。CSCS：片选信号，输入，低电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。WRWR1 1：输入寄存器写信号，输入，低电平有效。：输入寄存器写信号，输入，低电平有效。：输入寄存器写信号，输入，低电平有效。：输入寄存器写信号，输入，低电平有效。由由由由ILEILE、CSCS、WRWR1 1的逻辑组合产生输入寄存器控制信号的逻辑组合产生输入寄存器控制信号的逻辑组合产生输入寄存器控制信号的逻辑组合产生输入寄存器控制信号LELE1 1。当当当当LELE1 1为低电平时，输入寄存器内容随数据线变化，为低电平时，输入寄存器内容随数据线变化，为低电平时，输入寄存器内容随数据线变化，为低电平时，输入寄存器内容随数据线变化，LELE1 1 的正跳变将的正跳变将的正跳变将的正跳变将输入数据锁存。输入数据锁存。输入数据锁存。输入数据锁存。XFERXFER：数据传送信号，数据传送信号，数据传送信号，数据传送信号，输入，输入，输入，输入，低电平有效。低电平有效。低电平有效。低电平有效。WRWR2 2：DACDAC寄存器的写信号，寄存器的写信号，寄