數(shù)模轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用.doc

數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器及模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉D / A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理。2.掌握D / A轉(zhuǎn)換集成芯片DAC0832的性能及其使用方法。3.熟悉A / D轉(zhuǎn)換器的工作原理。4.掌握A / D轉(zhuǎn)換集成芯片ADC0809的性能及其使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1.數(shù)模（D / A）轉(zhuǎn)換所謂數(shù)模（D / A）轉(zhuǎn)換,就是把數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào),且輸出電壓與輸入的數(shù)字量成一定的比例關(guān)系。圖47為D / A 轉(zhuǎn)換器的原理圖,它是由恒流源（或恒壓源）、模擬開關(guān)、以及數(shù)字量代碼所控制的電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)放等組成的四位D/ A轉(zhuǎn)換器。四個(gè)開關(guān)S0 S3由各位代碼控制,若“S”代碼為1,則意味著接VREF ,代碼“S”= 0,則意味著接地。由于運(yùn)放的輸出值為V0= -I?Rf ,而I為I0、I1、I2、I3的和,而I0 I3的值分別為（“S”代碼全為1）：I0 = ,I1 = ,I2 = ,I3 =若選R0 = ,R1 = ,R2 = ,R3 =則I0 =?20 ,I1 =?21 ,I2 =?22 ,I3 =?23若開關(guān)S0 S3不全合上,則“S”代碼有些為0,有些為1（設(shè)4位“S”代碼為D3D2DlD0）,則I =D3I3 + D2I2 + DlIl + D0I0 =（D3?23 + D2?22 + D1?21 + D0?20）= B?所以,V0 = -Rf ? B ,B為二進(jìn)制數(shù),即模擬電壓輸出正比于輸入數(shù)字量B ,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。隨著集成技術(shù)的發(fā)展,中大規(guī)模的D / A轉(zhuǎn)換集成塊相繼出現(xiàn),它們將轉(zhuǎn)換的電阻網(wǎng)絡(luò)和受數(shù)碼控制的電子開關(guān)都集成在同一芯片上,所以用起來很方便。目前,常用的芯片型號(hào)很多,有8位的、12位的轉(zhuǎn)換器等,這里我們選用8位的D / A轉(zhuǎn)換器DAC0832進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。DAC0832是CMOS工藝,共20管引腳,其管腳排列如圖48所示。圖47 D / A轉(zhuǎn)換原理圖圖48 DAC0832管腳排列圖各管腳功能為：D7 D0：八位數(shù)字量輸入端,D7為最高位,D0為最低位。I0l：模擬電流輸出1端,當(dāng)DAC寄存器為全1時(shí),I0l最大；全0時(shí),I0l最小。I02：模擬電流輸出2端,I0l + I02 = 常數(shù) = ,一般接地。Rf：為外接運(yùn)放提供的反饋電阻引出端。VREF：是基準(zhǔn)電壓參考端,其電壓范圍為 10 +l0V 。VCC：電源電壓,一般為 +5V +15V 。DGND：數(shù)字電路接地端。AGND：模擬電路接地端,通常與DGND相連。CS：片選信號(hào),低電平有效。ILE：輸入鎖存使能端,高電平有效。它與WR1、CS信號(hào)共同控制輸入寄存器選通。WR1：寫信號(hào)1,低電平有效。當(dāng)CS= 0 ,ILE = 1時(shí),WR1 此時(shí)才能把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)輸入寄存器中。WR2：寫信號(hào)2,低電平有效。與XFER配合,當(dāng)二者均為0時(shí),將輸入寄存器中當(dāng)前的值寫入DAC寄存器中。XFER：控制傳送信號(hào)輸入端,低電平有效。用來控制WR2選通DAC寄存器。由于DAC0832轉(zhuǎn)換輸出是電流,所以,當(dāng)要求轉(zhuǎn)換結(jié)果不是電流而是電壓時(shí),可以在DAC0832的輸出端接一運(yùn)算放大器,將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。如實(shí)驗(yàn)接線圖49中所示。在圖49中,當(dāng)VREF接+5V（或l 5V）時(shí),輸出電壓范圍是0 -5V（或0 +5V）。如果VREF接+10V（或-l0V）時(shí),輸出電壓范圍是0 -10V（或0 +10V）。圖49 DAC0832實(shí)驗(yàn)測(cè)試接線圖 DAC0832通常和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連進(jìn)行有關(guān)操作,本實(shí)驗(yàn)中僅用直通工作方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),來研究DAC0832的某些功能特點(diǎn)。2.模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換所謂模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換,就是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。A / D轉(zhuǎn)換的方法很多,本實(shí)驗(yàn)中用到的是逐次逼近式A / D轉(zhuǎn)換集成塊,其原理圖如圖50所示。它是將一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)Vi,與一個(gè)“推測(cè)”的數(shù)字信號(hào)經(jīng)D / A轉(zhuǎn)換成VI相比較,根據(jù)“推測(cè)”信號(hào)是大于還是小于輸入信號(hào),即比較器輸出0或1來決定減小還是增大該“推測(cè)”信號(hào)。然后,再進(jìn)行比較,以便向模擬輸入信號(hào)逐漸逼近?！巴茰y(cè)”信號(hào)是從二進(jìn)制的最高位起,依次置1,逐位比較,直到最后一位。D / A的數(shù)字輸入即對(duì)應(yīng)輸入模擬量,為A / D的輸出,圖50中,START為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端,EOC為轉(zhuǎn)換完成信號(hào)輸出端。圖50 逐次逼近式A / D轉(zhuǎn)換器ADC0809是8位A / D轉(zhuǎn)換器,它的轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近法。ADC0809為CMOS工藝,其管腳為28腳,管腳排列如圖51所示。各個(gè)管腳的功能如下：Ino IN7：八個(gè)模擬量輸入端。START：?jiǎn)?dòng)A / D轉(zhuǎn)換,當(dāng)START為高電平時(shí),開始A / D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)A / D轉(zhuǎn)換完畢之后,發(fā)出一個(gè)正脈沖,表示A / D轉(zhuǎn)換結(jié)束,此信號(hào)可用做A / D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測(cè)信號(hào)或中斷申請(qǐng)信號(hào)（加一個(gè)反相器）。C、B、A：通道號(hào)地址輸入端,C、B、A為二進(jìn)制數(shù)輸入,C為最高位,A為最低位,CBA從000111分別選中通道IN0 IN7。ALE：地址鎖存信號(hào),高電平有效。當(dāng)ALE為高電平時(shí),允許C、B、A所示的通道被選中,并把該通道的模擬量接入A / D轉(zhuǎn)換器。CLOCK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端,改變外接R、C可改變時(shí)鐘頻率。D7D0：數(shù)字量輸出端。VREF（+）,VREF（）：參考電壓端子,用來提供D / A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻的標(biāo)準(zhǔn)電平。一般 VREF(+)=5V,VREF（）= 0VVcc：電源電壓,+5V。GND：接地端。圖51 ADC0809管腳排列圖ADC0809可以進(jìn)行八路A / D轉(zhuǎn)換,并且這種器件使用時(shí)無需進(jìn)行調(diào)零和滿量程調(diào)整,轉(zhuǎn)換速度和精度屬中高檔,售價(jià)又不貴。所以,一般控制場(chǎng)合采用這些ADC0809（或0800 系列）的A / D轉(zhuǎn)換片是比較理想的。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.數(shù)模（D / A）轉(zhuǎn)換把DAC0832、A741 等插入IC空插座中,按圖49接線,不包括虛線框內(nèi)。即D7 D0接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)開關(guān),CS、XFER、WR1、WR2均接0,AGND和DGND相連接地,ILE接+5V,參考電壓接+5V,運(yùn)放電源為15V,調(diào)零電位器為10K。（1）接線檢查無誤后,置數(shù)據(jù)開關(guān)D7 D0為全0,接通電源,調(diào)節(jié)運(yùn)放的調(diào)零電位器,使輸出電壓Vo=0。（2）再置數(shù)據(jù)開關(guān)全1,調(diào)整Rf,改變運(yùn)放的放大倍數(shù),使運(yùn)放輸出滿量程。（3）數(shù)據(jù)開關(guān)從最低位逐位置1,并逐次測(cè)量模擬電壓輸出V0填入表21中。（4）再將用74LS161觸發(fā)器構(gòu)成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的4位輸出Q4、Q3、Q2、Q1分別接DAC0832的D7、D6、D5、D4,低四位接地（這時(shí)和數(shù)據(jù)開關(guān)相連的線全部斷開）。（5）輸入CP脈沖,用示波器觀測(cè)并記錄輸出電壓的波形。（6）如計(jì)數(shù)器輸出改接到DAC的低四位,高四位接地,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,結(jié)果又如何?（7）采用八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,再進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。表21實(shí)驗(yàn)記錄輸入數(shù)字量D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0實(shí)測(cè)值理論值0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 12.模數(shù)（A / D）轉(zhuǎn)換（1）將ADC0809IC芯片插入IC空插座中,按圖52接線。其中D7 Do分別接八只發(fā)光二極管LED,CLK接連續(xù)脈沖,地址碼A、B、C接數(shù)據(jù)開關(guān)或計(jì)數(shù)器輸出,其余的按圖52接線。（2）接線完畢,檢查無誤后,接通電源。調(diào)CP脈沖至最高頻（頻率大于1kHZ以上）,再置數(shù)據(jù)開關(guān)為000,調(diào)節(jié)Rw,并用萬用表測(cè)量Vi為4V,再按一次單次脈沖（注意單脈沖接START端,平時(shí)處于電平,開始轉(zhuǎn)換時(shí)為1）,觀察輸出D7 D0發(fā)光二極管（LED顯示）的值,并記錄下來。（3）再調(diào)節(jié)RW,使Vi為+3V,按按一下單次脈沖,觀察輸出D7 D0的值,并記錄下來。圖52 ADC0809實(shí)驗(yàn)原理接線圖（4）按上述實(shí)驗(yàn)方法,分別調(diào)Vi為2V、1V、0.5V、0.2V、0.lV、0V進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察并記錄每次輸出D7 D0的狀態(tài)。（5）調(diào)節(jié)Rw,改變輸入Vi,使D7 D0全1時(shí),測(cè)量這時(shí)的輸入轉(zhuǎn)換電壓值為多少。（6）改變數(shù)據(jù)開關(guān)值為001,這時(shí)將Vi從IN0改接到IN1輸入,再進(jìn)行從（2）（5）的實(shí)驗(yàn)操作。（7）按（6）辦法,可分別對(duì)其余的六路模擬量輸入進(jìn)行測(cè)試。（8）將C、B、A三位地址碼接至計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器可用JK、D觸發(fā)器構(gòu)成或用74LS161）的三個(gè)輸出端,再分別置IN0 IN7電壓為0V、0.lV、0.2V、0.5V、lV、2V、3V、4V,單次脈沖接START,并將平時(shí)