微机原理与接口技术第7章数摸和模数转换.ppt
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1、1.概述概述2.数数/模(模(D/A)转换器)转换器3.模模/数(数(A/D)转换器)转换器7.4 模拟量模拟量I/O接口接口 在在生生产产控控制制过过程程中中,计计算算机机既既要要实实现现对对生生产产设备的设备的检测检测,又要实现对生产设备的,又要实现对生产设备的控制控制。检检测测:需需将将模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量,简简称称A/D转转换换。实现实现A/D转换的电路称为转换的电路称为A/D转换器转换器,简称,简称ADC。控控制制:需需将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量。简简称称D/A转转换换。实现实现D/A转换的电路称为转换的电路称为D/A转换器转换器,简称,简称DAC。7.
2、4.1 7.4.1 概述概述微型计算机控制系统结构框图微型计算机控制系统结构框图1)、模拟量输入通)、模拟量输入通道道7.4.1 7.4.1 概述概述2)、模拟量输出通)、模拟量输出通道道 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 传传感感器器是是把把工工业业生生产产中中非非电电物物理理量量转转换换成成电电量量(电电流流、电压)的器件。如热电耦等。电压)的器件。如热电耦等。工工业业控控制制中中,传传感感器器输输出出的的电电信信号号在在输输入入到到A/D转转换换器器之之前前必必须须添添加加适适当当的的外外围围转转换换电电路路,如如各各种种变变送送器器,将将传传感感器器输输出出的的微
3、微弱弱电电信信号号或或电电阻阻值值等等转转换换成成010mA或或420mA电流信号或电流信号或05V电压信号电压信号。7.4.1 7.4.1 概述概述 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 (2)信号处理环节)信号处理环节 主主要要包包括括信信号号放放大大电电路路和和滤滤波波电电路路等等。用用于于信信号号的的放放大大和滤去干扰信号。和滤去干扰信号。7.4.1 7.4.1 概述概述 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 (2)信号处理环节)信号处理环节 (3)多路转换开关)多路转换开关 采采用用多多路路模模拟拟开开关关,使使多多个个模模拟拟量量共共用用一一个个
4、A/D转转换换器器进行进行A/D转换。转换。7.4.1 7.4.1 概述概述 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 (2)信号处理环节)信号处理环节 (3)多路转换开关)多路转换开关 (4)采样保持器)采样保持器 采采样样保保持持电电路路是是在在A/D转转换换期期间间采采样样输输入入量量并并保保持持一一段段时时间间的的电电路路。为为了了保保证证转转换换精精度度,可可用用采采样样保保持持器器在在A/D转转换期间,保持采样输入信号大小不变。换期间,保持采样输入信号大小不变。7.4.1 7.4.1 概述概述 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 (2)信号处理环节
5、)信号处理环节 (3)多路转换开关)多路转换开关 (4)采样保持器)采样保持器 (5)A/D转换器转换器 A/D转转换换器器是是模模拟拟量量输输入入通通道道的的核核心心环环节节,其其作作用用是是将将模模拟拟输输入入量量转转换换成成数数字字量量。双双极极性性为为0伏伏、05伏伏、010伏;单极性为伏;单极性为05伏、伏、010伏、伏、020伏等。伏等。7.4.1 7.4.1 概述概述 1.模拟量输入通道模拟量输入通道 (1)传感器)传感器 (2)信号处理环节)信号处理环节 (3)多路转换开关)多路转换开关 (4)采样保持器)采样保持器 (5)A/D转换器转换器 2模拟量输出通道模拟量输出通道 主
6、主要要由由锁锁存存器器、D/A转转换换器器、放放大大驱驱动动电电路路组组成成。锁锁存存器器是是用用来来保保持持数数字字量量稳稳定定的的。功功率率放放大大器器是是作作为为模模拟拟量量输输出出的驱动电路。的驱动电路。7.4.1 7.4.1 概述概述1.D/A转换器的工作原理D/A转转换换把把数数字字量量的的每每一一位位代代码码按按权权大大小小转转换换成成模模拟拟分分量量,然然后后根根据据叠叠加加原原理理将将各各代代码码对对应应的的模模拟拟输输出出分分量量相相加加。D/A转转换换器器的的主主要要部部件件是是电电阻阻开开关关网网络络,网网络形式有络形式有权电阻网络权电阻网络和和倒倒T型电阻网络型电阻网
7、络等。等。1)权电阻网络)权电阻网络D/A转换法转换法电阻值为电阻值为2iR合上时合上时Si=1,断开,断开时时Si=0例如:输入为例如:输入为10000110B(8位位A/D转换)则转换)则输出为:输出为:Vo=-(134/256)Vref特点:特点:D/A转换器的转换转换器的转换精度与精度与基准电压基准电压Vref的精的精度、权电阻和电子开关度、权电阻和电子开关Si的精度及位数有关的精度及位数有关。缺点:缺点:精密电阻难制造精密电阻难制造1.D/A1.D/A转换器的工作原理转换器的工作原理2).倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换法转换法输出模拟电压输出模拟电压Vo与输入的关系为:与输入的
8、关系为:特点:特点:1.电阻网络只用两种阻值组成;电阻网络只用两种阻值组成;2.各位开关的状态由数据各位开关的状态由数据锁存器的对应位决定。锁存器的对应位决定。2.D/A2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1.分辨率(分辨率(Resolution)分分辨辨率率是是指指D/A转转换换器器能能分分辨辨的的最最小小输输出出模模拟拟量量,取取决决于于输输入入数数字字量量的的二二进进制制位位数数,通通常常用用数数字字量量的的位位数来表示。数来表示。一一个个n位位的的DAC所所能能分分辨辨的的最最小小电电压压增增量量定定义义为为满量程值的满量程值的2-n倍。倍。如如:满满量量程程为为10V
9、的的8位位DAC芯芯片片的的分分辨辨率率为为10V2-839mV;一一个个同同样样量量程程的的16位位DAC的的分分辨辨率率最高达最高达10V2-16153V。1.分辨率(分辨率(Resolution)2.转换精度(转换精度(Conversion Accuracy)转转换换精精度度是是指指满满量量程程时时DAC的的实实际际模模拟拟输输出出值值和和理理论论值值的的接接近近程程度度。该该误误差差是是由由于于D/A增增益益误误差差、零零点点误误差差和和噪噪声声等等引引起起的的。通通常常,DAC的的转转换换精精度度为为分分辨辨率率的的一一半半,即即为为LSB/2。LSB是是分分辨辨率率,是是指指最最低
10、低1位位数数字量变化引起输出电压幅度的变化量。字量变化引起输出电压幅度的变化量。2.D/A转换器的主要技术指转换器的主要技术指标标 1.分辨率(分辨率(Resolution)2.转换精度(转换精度(Conversion Accuracy)3.偏移量误差(偏移量误差(Offset Error)偏偏移移量量误误差差是是指指输输入入数数字字量量为为零零时时,输输出出模模拟拟量量对对零零的的偏偏移移值值。这这种种误误差差通通常常可可以以通通过过DAC外外接接Vref和和电电位计加以调整。位计加以调整。2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1.分辨率(分辨率(Resolution)2.转换
11、精度(转换精度(Conversion Accuracy)3.偏移量误差(偏移量误差(Offset Error)4.线性度(线性度(Linearity)线线性性度度是是指指DAC实实际际转转换换特特性性曲曲线线和和理理想想直直线线之之间间的最大偏差。通常,线性度不应超出的最大偏差。通常,线性度不应超出LSB/2。2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1.分辨率(分辨率(Resolution)2.转换精度(转换精度(Conversion Accuracy)3.偏移量误差(偏移量误差(Offset Error)4.线性度(线性度(Linearity)除除了了上上述述指指标标外外,转转换
12、换速速度度(Conversion Rate)和和温温度度灵灵敏敏度度(Temperature Sensitivity)等等也也是是DAC的的重重要技术参数。要技术参数。2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标uDI7DI0:D/A转转换换器器数数字字量量输输入入信信号号。其其中中,DI0为为最低位,最低位,DI7为最高位。为最高位。uCS:片选输入信号。:片选输入信号。uWR1:D/A转转换换器器的的数数据据写写入信号入信号1。uILE:输输入入寄寄存存器器的的允允许许信信号。号。uXFER:从从 输输 入入 寄寄 存存 器器 向向DAC寄寄存存器器传传送送D/A转转换换数数据的控制
13、信号。据的控制信号。uWR2:DAC寄寄存存器器的的选选通通信信号。号。(1)DAC0832的引脚的引脚 DAC08323.典型典型D/A转换器芯片转换器芯片DAC0832uVcc:芯芯片片电电源源,其其值值可可在在515V之间。之间。uAGND:模拟信号地。:模拟信号地。uDGND:数字信号地。:数字信号地。uRfb:内内部部反反馈馈电电阻阻引引脚脚,用用来来外外接接D/A转转换换器器输输出出增增益调整电位器。益调整电位器。uVref:D/A转转换换器器的的基基准准电电压压,其其范范围围可可在在1010V之之间选定。间选定。uIOUT1:输输出出电电流流1,当当输输入入数数字字为为全全“1”
14、时时,其其值值最最大。大。uIOUT2:输输出出电电流流2,与与IOUT1之和为常数。之和为常数。(1)DAC0832的引脚的引脚 (2)DAC0832的工作方式的工作方式 DAC0832有有直通、单缓冲和双缓冲直通、单缓冲和双缓冲三种工作方式。三种工作方式。直通工作方式直通工作方式 条件:条件:CS、WR1、WR2、XFER均接地,均接地,ILE接高电平。接高电平。特特点点:八八位位数数字字量量一一旦旦到到达达DI7DI0输输入入端端,就就立立即即进进行行D/A转换而输出。转换而输出。(2)DAC0832的工作方式的工作方式 DAC0832有有直通、单缓冲和双缓冲直通、单缓冲和双缓冲三种工作
15、方式。三种工作方式。直通工作方式直通工作方式 单缓冲工作方式单缓冲工作方式 条条件件:两两个个寄寄存存器器中中任任一一个个处处于于直直通通状状态态,另另一一个个工工作作于于受受控控锁锁存存状状态态。一一般般是是使使DAC寄寄存存器器处处于于直直通通状状态态,即把即把WR2和和XFER都接数字地。都接数字地。特特点点:数数据据只只要要一一写写入入DAC芯芯片片,就就立立即即进进行行数数模模转转换,可减少一条输出指令。换,可减少一条输出指令。(2)DAC0832的工作方式的工作方式 DAC0832有有直通、单缓冲和双缓冲直通、单缓冲和双缓冲三种工作方式。三种工作方式。直通工作方式直通工作方式 单缓
16、冲工作方式单缓冲工作方式 双缓冲工作方式双缓冲工作方式 条条件件:CPU要要对对DAC芯芯片片进进行行两两步步写写操操作作;ILE接接高高电电平平,WR1、WR2均均接接CPU的的IOW,CS、XFER接接地地址址译译码信号。码信号。优点:优点:数据接收和转换启动异步进行数据接收和转换启动异步进行,提高转换速率。,提高转换速率。n电流建立时间:电流建立时间:1s;n分辨率:分辨率:8位;位;n线性误差:线性误差:0.2%FSR;n非线性误差:非线性误差:0.4%FSR;n工作方式:双缓冲、单缓冲、直接输入;工作方式:双缓冲、单缓冲、直接输入;n数字输入:与数字输入:与TTL兼容;兼容;n增益温
17、度系数:增益温度系数:0.002%FSR/;n低功耗:低功耗:20mW;n单电源:单电源:+515V;n参考电压:参考电压:10V10V。(3)DAC0832的主要技术性能的主要技术性能4.D/A4.D/A转换器与转换器与CPUCPU的接口的接口 D/A转转换换器器与与微微处处理理器器的的连连接接包包括括三三部部分分,即即数数据据线线、控控制制线线和和地址线地址线。18位位D/A转换器与转换器与CPU的接口的接口 对对于于8位位D/A转转换换器器,简简单单的的连连接接方方法法是是通通过过8位位数数据据锁锁存存器器(例例如,如,8D锁存器锁存器74LS273)与)与8位微处理器的总线相连。位微处
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- 微机 原理 接口 技术 章数摸 转换
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