任務三模擬量輸出通道

1、單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-221 單擊此處編輯母版副標題樣式任務三 模擬量輸出通道【教學內容教學內容】基本內容：模擬量輸出通道的組成結構、D/A轉換器工作原理、性能指標 、結構特性、典型D/A轉換器- DAC0832。 重點：模擬量輸出通道的結構、典型D/A轉換器- DAC0832 。難點：模擬量輸出通道的結構、典型D/A轉換器- DAC0832 。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-222 單擊此處編輯母版副標題樣式【教學目的、要求教學目的、要求】掌握模擬量輸出通道的組成；掌握D/A轉換器的工作原理、性能指標；掌握單極性/雙極性輸出；了解DAC0832的工作方式。單擊此處編輯母

2、版標題樣式2022-3-223 單擊此處編輯母版副標題樣式 模擬量輸出通道的任務：模擬量輸出通道的任務：把計算機處理后的數(shù)把計算機處理后的數(shù)字量信號轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應字量信號轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應的執(zhí)行器，從而達到控制的目的的執(zhí)行器，從而達到控制的目的; ; 單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-224 單擊此處編輯母版副標題樣式一、模擬量輸出通道的結構 模擬量輸出通道的結構由接口電路、寄存器、DA轉換器和放大變換電路組成。1、單路模擬量輸出通道單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-225 單擊此處編輯母版副標題樣式寄存器寄存器：保存計算機輸出的數(shù)字量，既可

3、以在接口電路中，也可以在D/A芯片中。放大變換電路放大變換電路：將輸出信號進行功率放大或轉換。因為D/A轉換器輸出的模擬信號往往無法直接驅動執(zhí)行機構，需要進行適當?shù)姆糯蠡蜣D換。組成組成部分部分D/A轉換器轉換器：是核心部件。將計算機輸出的數(shù)字量轉換成模擬量。有電流和電壓兩種形式。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-226 單擊此處編輯母版副標題樣式 在實際計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸出參數(shù)是多個，這時模擬量輸出通道是多路的。此情況下會存在一個什么問題？2、多路模擬量輸出通道 在控制量更新之前，如何保證本次的控制信號不變。保持。數(shù)字量的保持和模擬量的保持。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2

4、27 單擊此處編輯母版副標題樣式接口電路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a) 多D/A結構PC總線特點：特點：1、一路輸出通道使用一個一路輸出通道使用一個D/A轉換器；轉換器； 2 2、 D/A轉換器芯片內部一般都帶有數(shù)據(jù)轉換器芯片內部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器；鎖存器； 3 3、 D/A轉換器具有數(shù)字信號轉換模擬信號、信號轉換器具有數(shù)字信號轉換模擬信號、信號保持作用；保持作用； 4 4、 結構簡單，轉換速度快，工作可靠，精度較高、通道結構簡單，轉換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立；獨立； 5 5、 缺點是所需缺點是所需D/A轉換器芯片轉換器芯片較多。較多。單擊此處編輯母版標題樣式2022

5、-3-228 單擊此處編輯母版副標題樣式接口電路通道 1通道nD/AV/IV/I多路開關采樣保持器采樣保持器（b）共享D/A結構PC總線特點：特點：1、多路輸出通道共用一個多路輸出通道共用一個D/A轉換器；轉換器； 2 2、每一路通道都配有一個采樣保持、每一路通道都配有一個采樣保持放大器；放大器； 3 3、 D/A轉換器只起數(shù)字到模擬信號的轉換轉換器只起數(shù)字到模擬信號的轉換作用；作用； 4 4、采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持、采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能；功能； 5 5、節(jié)省、節(jié)省D/A轉換器，轉換器，但電路復雜，精度差，可靠但電路復雜，精度差，可靠低、占用主低、占用主機機時間。時間。單擊此處編

6、輯母版標題樣式2022-3-229 單擊此處編輯母版副標題樣式（一）工作原理二、D/A轉換器+A-數(shù)數(shù) 字字 量量 輸輸 入入TUOV基基 準準電電 壓壓關關開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R電 阻 網(wǎng) 絡 圖圖 3-2 D/A 轉 換 器 原 理 框 圖R2D3D0D運運 算算 放放 大大 器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb現(xiàn)以 4 位 D/A 轉換器為例說明其工作原理。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2210 單擊此處編輯母版副標題樣式若D3、D2、D1、D0全為1，則BS3、BS2、BS1、BS0全部與“1”

7、端相連。根據(jù)電流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVRVI4REF3REF32221REF040= 222IVIXR+A-數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入TUOV基基準準電電壓壓關關開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R電阻網(wǎng)絡 圖圖 3-2 D/A 轉換器 原理框圖R2D3D0D運運算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2211 單擊此處編輯母版副標題樣式+A-數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入TUOV基基準準電電壓壓關關開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERV

8、bfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R電阻網(wǎng)絡 圖圖 3-2 D/A 轉換器 原理框圖R2D3D0D運運算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb由于開關 BS3BS0的狀態(tài)是受要轉換的二進制數(shù) D3、D2、D1、D0控制?？梢缘玫酵ㄊ剑?0112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(11單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2212 單擊此處編輯母版副標題樣式+A-數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入TUOV基基準準電電壓壓關關開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R電阻網(wǎng)絡 圖圖

9、3-2 D/A 轉換器 原理框圖R2D3D0D運運算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb反相放大器，反相端為虛地，故：OUTRfbII選取 Rfb =R ，可以得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2213 單擊此處編輯母版副標題樣式反相放大器反相放大器輸入電壓Vi通過R1加到反相輸入端A，同相輸入端B接地。輸出電壓Vo又通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端A。反相輸入端具有地電位，而并沒有真正接地，稱為“虛地虛地” ，UA=0。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2214 單擊此處編輯母版副標題樣

10、式同相放大器同相放大器信號電壓Vi從同相輸入端B輸入，而輸出電壓Vo通過電阻Rf反饋到反相輸入端A處。由UA=UB，輸出電壓Vo=(1+R1/Rf)Vi。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2215 單擊此處編輯母版副標題樣式 對于 n 位 D/A 轉換器，它的輸出電壓VOUT與輸入二進制數(shù)B( Dn-1 D0) 的關系式可寫成：nnnnnnVBVDDDDV22)2222(REFREF00112211OUT v 結論：由上述推導可見，輸出電壓除了與輸入的二結論：由上述推導可見，輸出電壓除了與輸入的二進制數(shù)有關，還與運算放大器的反饋進制數(shù)有關，還與運算放大器的反饋電阻電阻Rfb以及基準以及基準

11、電壓電壓VREF有關。有關。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2216 單擊此處編輯母版副標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2217 單擊此處編輯母版副標題樣式（二）D/A轉換器的性能指標 D/A轉換器性能指標是衡量芯片質量的重要參數(shù)，也是選用D/A芯片型號的依據(jù)。分辨率分辨率轉換精度轉換精度穩(wěn)定時間穩(wěn)定時間性能指標偏移量誤差偏移量誤差單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2218 單擊此處編輯母版副標題樣式 是指D/A轉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，取決于能轉換的二進制位數(shù)，數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率也就越高。（1）分辨率0

12、0.01023112110 其分辨率與二進制位數(shù)n呈下列關系：分辨率 = 滿刻度值/（2n-1）=VREF / 2n 例如對于10位D/A轉換器，其分辨率為：單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2219 單擊此處編輯母版副標題樣式轉換精度-是指轉換后所得的實際值和理論值的接近程度。（2）轉換精度 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，其轉換精度為10mV。 對于分辨率很高的D/A轉換器并不一定具有很高的精度。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2220 單擊此處編輯母版副標題樣式20是指輸入數(shù)字量為是指輸入數(shù)字量為0 0時

13、，輸出模擬量對時，輸出模擬量對于零的偏移值。于零的偏移值。（3）偏移量誤差描述描述D/AD/A轉換速度快慢的一個參數(shù)，指從轉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相應輸入數(shù)字量變化到輸出模擬量達到相應終值所需的時間。終值所需的時間。（4）轉換時間單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2221 單擊此處編輯母版副標題樣式D/A轉換器的特性雖然主要表現(xiàn)為芯片內部結構的配置狀況，但這些配置狀況對D/A轉換接口電路設計帶來很大影響，主要有：（三）（三）D/A轉換器的主要結構特性轉換器的主要結構特性（1）數(shù)字輸入特性 包括接收數(shù)的碼制、數(shù)據(jù)格式以及邏輯電平等。目前批量生產(chǎn)的D/A轉換芯

14、片一般都只能接收自然二進制數(shù)字代碼。 單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2222 單擊此處編輯母版副標題樣式（2）模擬量輸出特性D/A轉換器輸出有電流型和電壓型，用戶可以根據(jù)需要進行選擇。目前多數(shù)D/A轉換器件均屬電流輸出器件。手冊上通常給出了輸入?yún)⒖茧妷杭皡⒖茧娮柚碌臐M碼（全l）輸出電流I0。另外還給出最大輸出短路電流以及輸出電壓允許范圍。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2223 單擊此處編輯母版副標題樣式（3）鎖存特性及轉換控制 D/A轉換器對數(shù)字量輸入是否具有鎖存功能將直接影響與CPU的接口設計。如果D/A轉換器沒有輸入鎖存器，通過CPU數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)字量時，必須外加鎖存器，

15、否則只能通過具有輸出鎖存功能的I/O給D/A送入數(shù)字量。 單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2224 單擊此處編輯母版副標題樣式（四）典型D/A轉換器- DAC0832一個8位D/A轉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（1） DAC0832管腳功能單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2225 單擊此處編輯母版副標題樣式DI0DI7：數(shù)字信號輸入端。CS：片選信號，低電平有效。WR1：寫信號1，低電平有效。ILE：輸入允許鎖存信號，高電平有效。XFER：傳送控制信號，低電平有效。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：固化在芯片內的反饋電阻連接端，用于連接運放

16、的輸出端。VREF：參考電壓（10V10V）。VCC：工作電壓（5V15V）。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2226 單擊此處編輯母版副標題樣式（2） DAC0832工作原理(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER當當LE=1時,輸出數(shù)時,輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。據(jù)隨輸入變化。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ 8位位 輸入 輸入寄存器寄存器 8位 DAC寄存器 8位 DAC轉換器轉換器圖 3-3 DAC0832原理框圖及引腳當當LE=0時,輸出數(shù)時,輸出數(shù)據(jù)被鎖存。據(jù)被鎖存。LE1輸輸入

17、入兩級緩沖結構兩級緩沖結構存放待轉換的數(shù)字量。輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流。輸入控制電路：控制2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。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。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2227 單擊此處編輯母版副標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2228 單擊此處編輯母版副標題樣式DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個外接的運算放大器轉換成電壓。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2229 單擊此處編輯母版副標題樣式（3）DAC0832的工作方式 DAC0832利用WR1、WR2、ILE、XFER控制信號可以構成三種不同的工作

18、方式。p直通工作方式： WR1=WR2=0，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式。數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進入D/A轉換器。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2230 單擊此處編輯母版副標題樣式(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER當當LE=1時,輸出數(shù)時,輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。據(jù)隨輸入變化。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ 8位位 輸入 輸入寄存器寄存器 8位 DAC寄存器 8位 DAC轉換器轉換器圖 3-3 DAC0832原理框圖及引腳當當LE=0時,輸出數(shù)時,輸出數(shù)據(jù)被鎖

19、存。據(jù)被鎖存。LE1單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2231 單擊此處編輯母版副標題樣式p單緩沖工作方式：兩個寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。此方式適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2232 單擊此處編輯母版副標題樣式p雙緩沖工作方式：兩個寄存器均處于受控狀態(tài)，此方式適用于多路D/A同時輸出的情形：使各路數(shù)據(jù)分別鎖存于各輸入寄存器，然后同時（相同控制信號）打開各DAC寄存器、實現(xiàn)同步轉換。單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2233 單擊此處編輯母版副標題樣式單擊此處編輯母版標題樣式2022-3-2234 單擊此處編輯母版副標題樣式三、單極性與雙極性輸出 工業(yè)現(xiàn)場的執(zhí)行裝置控制信號有時要求為單極性（05V或010mA），有時要求為雙極性（5V或10mA ）,因此模擬量的輸出通道就有單極性和雙