《微型計算機控制技術(shù)》教案3.doc

第 周 第 次課 年 月 日章節(jié)名稱第二章 模擬量輸入與輸出通道授 課方 式理論課（*）；實踐課（）；實習（）教學時數(shù)2教學目的及要求1. 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)組成與模板通用性； 2. 8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的原理組成及其接口電路3. 12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的原理組成及其接口電路 4. D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式及其輸出電路 教學重點與難點重點： 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)組成難點：8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的原理組成及其接口電路教學手段介紹、討論與多媒體教學 主 要內(nèi)容時間分配復習模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)組成； 8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的原理組成及其接口電路小結(jié)（5）（40）（40）（5）復習思考題1、畫圖說明模擬量輸出通道的功能、各組成部分及其作用。2、D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標有哪些？3、結(jié)合圖2-3，分析說明DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成及其作用。4、結(jié)合圖2-5分析說明由DAC0832組成的單緩沖接口電路的工作過程，編寫完成一次D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。5、結(jié)合圖2-6分析說明由DAC1210組成的接口電路的工作過程，編寫完成一次D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。小結(jié)本章介紹了模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)組成，討論了其核心部件D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理、功能特性，重點分析了8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832與12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的原理組成及其與PC總線的接口電路，以及適用于現(xiàn)場各種驅(qū)動裝置的電壓、電流與自動/手動控制輸出電路第二章 模擬量輸入與輸出通道2.4模擬量輸出通道引言v 模擬量輸出通道的任務-把計算機處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號，去驅(qū)動相應的執(zhí)行器，從而達到控制的目的; v 模擬量輸出通道(稱為D/A通道或AO通道)構(gòu)成-一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A或DAC)和電壓/電流變換器等;v 模擬量輸出通道基本構(gòu)成-多D/A結(jié)構(gòu)（圖2-1(a)）和共享D/A結(jié)構(gòu)（圖中2-1(b)） 特點：1、一路輸出通道使用一個D/A轉(zhuǎn)換器 2、 D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器 3、 D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保持作用 4、 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立 5、 缺點是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多特點： 1、多路輸出通道共用一個D/A轉(zhuǎn)換器 2、每一路通道都配有一個采樣保持放大器 3、 D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用 4、采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能 5、節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復雜，精度差，可靠低、占用主機時間 2.5 D/A轉(zhuǎn)換器2.5.1 工作原理與性能指標 1、D/A轉(zhuǎn)換器工作原理假設D3、D2、D1、D0全為1，則BS3、BS2、BS1、BS0全部與“1”端相連。根據(jù)電流定律，有：由于開關(guān) BS3 BS0 的狀態(tài)是受要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù) D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式：考慮到放大器反相端為虛地，故： 對于 n 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，它的輸出電壓VOUT與輸入二進制數(shù)B( Dn-1 D0) 的關(guān)系式可寫成：2D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標 D/A轉(zhuǎn)換器性能指標是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用D/A芯片型號的依據(jù)。主要性能指標有： （1）分辨率 （2）轉(zhuǎn)換精度 （3）偏移量誤差 （4）穩(wěn)定時間（1）分辨率分辨率-是指 D/A 轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，即當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應輸出模擬量的變化量，它取決于能轉(zhuǎn)換的二進制位數(shù)，數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率也就越高 。其分辨率與二進制位數(shù)n呈下列關(guān)系：分辨率 = 滿刻度值/（2n-1）=VREF / 2n（2）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度-是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值和理論值的接近程度。它和分辨率是兩個不同的概念。例如，滿量程時的理論輸出值為10V，實際輸出值是在9.99V10.01V之間，其轉(zhuǎn)換精度為10mV。對于分辨率很高的D/A轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。（3）偏移量誤差偏移量誤差-是指輸入數(shù)字量時，輸出模擬量對于零的偏移值。此誤差可通過D/A轉(zhuǎn)換器的外接VREF和電位器加以調(diào)整。（4）穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間-是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出模擬量達到終值誤差1/2LSB時所需的時間。顯然，穩(wěn)定時間越大，轉(zhuǎn)換速度越低。對于輸出是電流的D/A轉(zhuǎn)換器來說，穩(wěn)定時間是很快的，約幾微秒，而輸出是電壓的D/A轉(zhuǎn)換器，其穩(wěn)定時間主要取決于運算放大器的響應時間。2.5.2 8位DAC0832芯片（1） DAC0832性能一個8位D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出方式穩(wěn)定時間為1s采用20腳雙立直插式封裝同系列芯片還有 DAC0830、DAC0831（2） DAC0832工作原理DAC0832的原理框圖及引腳如圖2-3所示。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。（3） DAC0832管腳功能DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，其中DI0為最低有效位LSB ，DI7為 最高有效位MSB。CS：片選信號，輸入線，低電平有效。WR1：寫信號1，輸入線，低電平有效。ILE：輸入允許鎖存信號，輸入線，高電平有效 當ILE、和同時有效時，8位輸入寄存器端為高電平1，此時寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D的電平變化；反之，當端為低電平0時，原D 端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于Q端，在此期間D端電平的變化不影響Q端。 XFER(Transfer Control Signal):傳送控制信號，輸入線， 低電平有效。IOUT1：DAC電流輸出端1，一般作為運算放大器差動輸入信號之一。IOUT2：DAC電流輸出端2，一般作為運算放大器另一個差動輸入信號。Rfb：固化在芯片內(nèi)的反饋電阻連接端，用于連接運算放大器的輸出端。 VREF：基準電壓源端，輸入線，-10 VDC +10 VDC。 VCC：工作電壓源端，輸入線，+5 VDC +15 VDC。v 當WR2和XFER同時有效時，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級8位DAC寄存器中，以便第三級8位DAC轉(zhuǎn)換器進行D/A轉(zhuǎn)換。v 一般情況下為了簡化接口電路，可以把和直接接地，使第二級8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。 2.5.3 12位DAC1210芯片（1） DAC1210性能DAC1210-是一個12位D/A轉(zhuǎn)換器，電流輸出方式，其結(jié)構(gòu)原理與控制信號功能基本類似于 DAC0832。由于它比 DAC0832多了4條數(shù)據(jù)輸入線，故有24條引腳，DAC 1210內(nèi)部原理框圖如圖2-4所示，其同系列芯片DAC1208、DAC1209可以相互代換。（2） DAC1210工作原理DAC1210內(nèi)部有三個寄存器： 一個8位輸入寄存器，用于存放12位數(shù)字量中的高8位DI11DI4；一個4位輸入寄存器，用于存放12位數(shù)字量中的低4位DI3 DI0； 一個12位DAC寄存器，存放上述兩個輸入寄存器送來的12位數(shù)字量； 12位D/A轉(zhuǎn)換器用于完成12位數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制3個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。其中引腳（片選信號、低電平有效）、（寫信號、低電平有效）和BYTE1/（字節(jié)控制信號）的組合， 用來控制 8 位輸入寄存器和 4 位輸入寄存器。當CS、WR1為低電平“0”，BYTE1/為高電平“1”時，與門的輸出LE1、LE2為“1”，選通 8 位和 4 位兩個輸入寄存器，將要轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)全部送入寄存器；當BYTE1/為低電平“0”時，LE1為“0”，8位輸入寄存器鎖存剛傳送的 8 位數(shù)據(jù)，而LE2仍為“1”，4 位輸入寄存器仍為選通，新的低 4 位數(shù)據(jù)將刷新剛傳送的 4 位數(shù)據(jù)。因此，在與計算機接口電路中，計算機必須