的内容在DAC 寄存器中锁存。
• (3) 进入DAC 寄存器的数据送入D/ A 转换器转换成模拟信号, 且随时 可读取。DAC0832 在不同信号组合的控制下可实现三种工作方式: 双缓冲器型、单缓冲器型和直通型, 如图8-6 所示。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• ①双缓冲器方式, 如图8-6 (a) 所示: 首先, 给
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8. 3 模/ 数转换器(ADC)
• 1. 取样和保持 • 取样(又称抽样或采样) 是将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上
离散的模拟信号, 即转换为一系列等间隔的脉冲。其过程如图8-7 信 号, UO 为取样后输出信号。 • 取样电路实质上是一个受控开关。在取样脉冲CP 有效期τ 内, 取样开 关接通, 使UO =UI; 在其他时间(Ts -τ) 内, 输出UO =0。因此, 每经过一 个取样周期, 在输出端便得到输入信号的一个取样值。 • 为了不失真地用取样后的输出信号UO 来表示输入模拟信号UI, 取样频 率f s 必须满足fs≥2fmax (此式为取样定理)。其中, fmax 为输入信号UI 的 上限频率(即最高次谐波分量的频率)。
• 倒T 型电阻网络DAC 的组成框图如图8-2 所示, 数据锁存器用来暂时 存放输入的数字量, 这些数字量控制模拟电子开关, 将参考电压源UREF 按位切换到电阻译码网络中变成加权电流, 然后经运放求和输出相应 的模拟电压, 完成D/ A 转换过程。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
输入寄存器直接存入DAC 寄存器中并进行转换。这种工作方式称为
单缓冲方式, 即通过控制一个寄存器的锁存, 达到使两个寄存器同时选
通及锁存。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• ③直通方式: 如图8-6 (c) 所示,
都接地, 两个寄存器都处
于常通状态,输入数据直接经两寄存器到DAC 进行转换, 故这种工作
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8. 1 概 述
• 完成A/ D 转换的电路称A/ D 转换器(简称ADC); 从数字信号到模拟信 号的转换称为数/ 模转换(又称D/ A 转换), 完成D/ A 转换的电路称D/ A 转换器(简称DAC)。A/ D、D/ A 转换器在微机控制系统中应用非常 广泛, A/ D 转换器位于微机控制系统的前向通道,D/ A 转换器位于微 机控制系统的后向通道。
• 用计算机对生产过程进行实时控制, 其控制过程原理框图如图8-1 所 示。利用A/ D 转换器把由传感器采集来的模拟信号转换成为数字信 号, 送入计算机处理, 当计算机处理完数据后, 把结果或控制信号输出, 由D/ A 转换器转换成模拟信号, 送入执行元件, 对控制对象进行控制。 可见, ADC 和DAC 是数字系统和模拟系统相互联系的桥梁, 是数字系 统的重要组成部分。
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8. 3 模/ 数转换器(ADC)
• 2. 量化和编码 • 输入的模拟信号经取样-保持后, 得到的是阶梯形模拟信号。必须将阶
梯形模拟信号的幅度等分成n 级, 每级规定一个基准电平值, 然后将阶 梯电平分别归并到最邻近的基准电平上。 • 两种量化编码方法的比较, 称为量化。量化中的基准电平称为量化电 平, 取样保持后未量化的电平UO 值与量化电平Uq 值之差称为量化误 差δ, 即δ =UO -Uq。量化的方法一般有两种: 只舍不入法和有舍有入 法(或称四舍五入法)。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为 编码。图8-9 所示为两种不同的量化编码方法。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• 8. 2. 1 D / A 转换器的基本工作原理
• D/ A 转换器用于将输入的二进制数字量转换为与该数字量成比例的 电压或电流。A/ D转换的原理有多种, 但功能相同, 下面以倒T 型电阻 网络D/ A 转换器为例, 介绍其工作原理。
• 8. 2. 2 倒T 型电阻网络DAC
稳定值时所用的时间。
• 8. 2. 4 集成DAC 举例
• DAC0832 是常用的集成DAC, 它是用CMOS 工艺制成的双列直插式 单片八位DAC, 可以直接与Z80、8080、8085、MCS51 等微处理器 相连接。其主要特性:
• (1) 分辨率为8 位。 • (2) 电流稳定时间1 μs。
• 结合图8-5 (a) 可以看出A/ D 转换器进行各项功能时, 对控制信号电平 的要求如表8-1所示。
• 由图8-5 (a) 可知各控制信号的作用, 下面对表8-1 进行说明:
• (1) 输入锁存器的锁存信号LE1 由ILE、
的逻辑组合产生。
当ILE 为高电平、 为低电平、
输入负脉冲时在LE1 上产生正
• 1. 分辨小变化量。它与D/ A 转
换器能够转换的二进制位数n 有关。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• 它表示输出满量程电压与2n 的比值。例如, 具有12 位分辨率的DAC, 如果转换后满量程电压为5 V, 则它所能分辨的最小电压为
• 所以运算放大器的输出电压为
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• 若RF =R, 则有 • 推广到n 位DAC, 则有
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• 8. 2. 3 DAC 的主要技术指标
• 目前DAC 的种类比较多, 制作工艺也不相同, 按输入字长可分为8 位、 10 位、12 位及16 位等; 按输出形式可分为电压型和电流型等; 按结 构可分为带有数据锁存器和无数据锁存器两类。不同类型的DAC 在 性能上的差异较大, 适用的场合也不尽相同。因此, 清楚DAC 的一些 技术参数是十分必要的。以下介绍DAC 的一些主要技术指标:
第8 章 数模和模数转换器的应用
• 8. 1 概述 • 8. 2 数/模转换器 (DAC) • 8. 3 模/数转换器 (ADC)
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8. 1 概 述
• 在实际控制系统中采用的计算机所要加工、处理的信号可以分为模拟 量(Analog) 和数字量(Digit) 两种类型, 为了能用计算机对模拟量进行 采集、加工和输出, 就需要把模拟量(如温度、光强、压力、速度、流 量等) 转换成便于计算机存储和加工的数字量(称为A/ D 转换) 送入计 算机进行处理, 同样经过计算机处理后的数字量所产生的结果依然是 数字量, 要对外部设备实现控制必须将数字量转换成模拟量(称为D/ A 转换), 因此, D/ A转换与A/ D 转换是计算机用于多媒体、工业控制等 领域的一项重要技术。
八位D/ A 转换器三大部分组成。它有两个分别控制的数据寄存器, 可 以实现两次缓冲, 所以使用时有较大的灵活性, 可根据需要接成不同的 工作方式。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• DAC0832 中采用的是倒T 型R-2R 电阻网络, 无运算放大器, 是电流 输出, 使用时需外接运算放大器。芯片中已经设置了Rf b, 只要将9 号 管脚接到运算放大器输出端即可。但若运算放大器增益不够, 还需外 接反馈电阻。
方式称为直通方式。
• 实际应用时, 要根据控制系统的要求来选择工作方式。
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8. 3 模/ 数转换器(ADC)
• 8. 3. 1 ADC 的基本工作原理
• A/ D 转换器的功能是把模拟量转换为数字量, 转换过程通过取样、保 持、量化和编码四个步骤完成。模拟信号的大小随着时间不断地变化, 为了通过转换得到确定的值, 对连续变化的模拟量要按一定的规律和 周期取出其中的某一瞬时值进行转换, 这个值称为采样值。采样频率 一般要高于或至少等于输入信号最高频率的2 倍, 实际应用中采样频 率可以达到信号最高频率的4~8 倍。对于变化较快的输入模拟信号, A/ D 转换前可采用采样保持器, 使得在转换期间保持固定的模拟信号 值。相邻两次采样的间隔时间称为采样周期。为了使输出量能充分反 映输入量的变化情况, 采样周期要根据输入量变化的快慢来决定, 而一 次A/ D转换所需要的时间显然必须小于采样周期。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• (3) 可工作于单缓冲、双缓冲、直通等工作方式下。 • (4) 只需在满量程下调整其线性度。 • (5) 单一电源供电(+5 V~+15 V)。 • (6) 低功耗(20 mW)。 • 集成DAC0832 的内部结构和管脚排列如图8-5 所示。 • DAC0832 主要由一个八位输入寄存器、一个八位DAC 寄存器和一个
• 图8-3 所示为一个四位倒T 型电阻网络DAC 电路原理图(按同样结构 可将它扩展到任意位), 它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关(S)、 R-2R 倒T 型电阻网络、运算放大器(A) 及基准电压组成。
• 模拟电子开关S3、S2、S1、S0 分别受数据锁存器输出的数字信号D3、 D2、D1、D0 控制。当某位数字信号为1 时, 相应的模拟电子开关接至 运算放大器的反相输入端(虚地);若为0 则接同相输入端(接地)。
一个负脉冲信号,
将输入数据先锁存在输入寄存器中。当需要D/ A 转换时, 再给
一个负脉冲信号, 将数据送入DAC 寄存器中并进行转换, 这种工作方
式称为两级缓冲方式。
• ②单缓冲器方式: 如图8-6 (b) 所示,
接地, 使DAC 寄存器处于
常通状态, 当需要D/ A 转换时, 给
一个负脉冲, 使输入数据经
脉冲, 输入锁存器的状态随数据线的状态变化, LE1 回到低电平时, 将
数据信息在输入锁存器中锁存。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• (2) DAC 寄存器锁存信号LE2 由
的逻辑组合产生。
当
为低电平,