課題八數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用

1、任務(wù)一任務(wù)一 組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 任務(wù)二任務(wù)二 應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 制作制作 數(shù)字電位器數(shù)字電位器 *任務(wù)三任務(wù)三 仿真測試仿真測試DAC和和ADC 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡稱為ADC。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，簡稱為DAC。任務(wù)引入任務(wù)引入 任務(wù)一任務(wù)一 組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 在自動化控制系統(tǒng)中，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為不同數(shù)值的直流電壓或電流，去控制轉(zhuǎn)速、溫度、流量和壓力等不同的物理量。與開關(guān)量控制不同的是，用模擬量控制可以達到無級調(diào)速、恒溫、恒壓等控制。 本任務(wù)以集

2、成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832為例，介紹DAC的工作原理、組裝與測試。DAC0832將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流輸出，運算放大器LM358將模擬電流變換為模擬電壓的形式輸出。DAC0832測試電路一、數(shù)模轉(zhuǎn)換工作原理一、數(shù)模轉(zhuǎn)換工作原理由輸入寄存器、電子開關(guān)、基準電壓、電阻網(wǎng)絡(luò)和運算放大器組成。4位電阻網(wǎng)絡(luò)DAC相關(guān)知識相關(guān)知識 當D3D2D1D0 = 1111時，全部電流流向運算放大器的反相輸入端參加運算，運算放大器輸入的總電流為各支路電流的和： 由運算放大器的工作原理可知，此時輸出電壓Uo最大： 電流是參加運算還是流向地，受數(shù)碼D3、D2、D1和D0的控制，因此，輸出電壓Uo的表達式為：10位

3、DAC的分辨率為： 10110.001102321 分辨率用以說明DAC在理論上可達到的精度，用于表示DAC對輸入量變化的敏感程度。顯然輸入數(shù)字量位數(shù)越多，輸出電壓可分離的等級越多，即分辨率越高。2. DAC的主要參數(shù)的主要參數(shù)（1）分辨率 （2）建立時間 建立時間是在輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?或由全1變?yōu)槿?時輸出電壓達到規(guī)定的誤差范圍（LSB/2）時所需的時間。二、數(shù)模轉(zhuǎn)換器二、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳排列 1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能2.管腳功能說明管腳功能說明LM358管腳排列 三、集成運放三、集成運放LM358 集成運放LM358包括兩個獨立的高增益

4、的具有內(nèi)部頻率補償功能的雙運算放大器，能在電源電壓范圍很寬的單電源（+330V）或雙電源（1.515V）供電下使用。四、四、DAC測試測試 D7和D0分別為數(shù)據(jù)輸入端的最高位和最低位，基準電壓使用+5V，運算放大器使用LM358，使用5V雙電源供電。使用數(shù)字萬用表直流電壓20V擋，測量結(jié)果見下表。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路測量值表輸出電壓與輸入數(shù)字量的二進制權(quán)值成正比關(guān)系。 操作步驟操作步驟 1.連接DAC0832測試電路，D7 D0端口為數(shù)字信號輸入端，UO為模擬信號輸出端。 2.將D7 D0 全部接地，然后將D7 D0 逐個接入高電平（其余7位均為低電平），用數(shù)字電壓表直流電壓10擋測量當某位為1時DA

5、C的輸出電壓，并將測量結(jié)果記錄在表中。 3.將D7 D0 全部接地，然后按表8-3所示數(shù)據(jù)依次接入高電平，用數(shù)字電壓表直流電壓10V擋測量DAC的輸出電壓，并將測量結(jié)果記錄在表中。 任務(wù)實施任務(wù)實施任務(wù)二任務(wù)二 應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC制作數(shù)字電位器制作數(shù)字電位器 8位數(shù)字電位器測試電路 數(shù)字量輸出為D7D0，輸出最小值為0，最大值為255。 任務(wù)引入任務(wù)引入 一、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器一、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809相關(guān)知識相關(guān)知識1.ADC0809芯片芯片ADC0809各管腳的功能說明如下。 UCC電源正極。 GND電源負極。 IN0IN78路模擬信號輸入通道。 A0，A1，A2控制8路

6、模擬信號輸入通道的3位地址碼輸入端。 ALE地址鎖存允許輸入端，該信號的上升沿使多路開關(guān)的地址碼A0，A1，A2鎖存到地址寄存器中。 START啟動信號輸入端，此輸入信號的上升沿使內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D開始轉(zhuǎn)換。 EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，它在A/D轉(zhuǎn)換開始時由高電平變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換結(jié)束由低電平變?yōu)楦唠娖?，此信號的上升沿表示A/D轉(zhuǎn)換完畢，常用做計算機中斷申請信號。 OE輸出允許信號，高電平有效，用來打開三態(tài)輸出鎖存器，將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線。 D7D08位數(shù)據(jù)輸出端。 CP時鐘信號輸入端，時鐘的頻率決定A/D轉(zhuǎn)換的速度，CP的頻率范圍為101 280kHz。當CP為640 kHz時，A/

7、D轉(zhuǎn)換時間為100s。 UREF+和UREF基準電壓輸入端。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8路模擬輸入信號選擇哪一路進行轉(zhuǎn)換，由地址鎖存器決定。地 址 碼模 擬 通 道A2A1A0000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809 地址碼對應(yīng)的模擬通道2.輸入模擬量選擇輸入模擬量選擇 二、模數(shù)轉(zhuǎn)換工作原理二、模數(shù)轉(zhuǎn)換工作原理 在ADC中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號是離散量。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過取樣、保持、量化和編碼4個步驟完成的。 ADC轉(zhuǎn)換過程框圖 三、三、ADC的主要技術(shù)指標的主要技術(shù)指標 1轉(zhuǎn)換精

8、度 ADC的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。 （1）分辨率。 （2）轉(zhuǎn)換誤差。 2轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換時間指ADC從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。 四、數(shù)字電位器電路原理四、數(shù)字電位器電路原理 數(shù)字電位器地址碼A2A1A0 = 000，選中IN0模擬通道，模擬電位器RP接入ADC0809的IN0端口。 CD4060是脈沖振蕩器，從7腳輸出2.048kHz信號，作為ADC0809的脈沖信號CP。從CD4060的1腳輸出8Hz信號，作為ADC0809的地址鎖存信號和轉(zhuǎn)換啟動信號。 由于ADC0809的輸出電流較小，不足于驅(qū)動發(fā)光二極管，所以ADC0809的輸出接入8

9、位數(shù)據(jù)緩沖器74LS244，驅(qū)動8只發(fā)光二極管LED。 操作步驟操作步驟 1.關(guān)閉穩(wěn)壓電源開關(guān)，將IC插入面包板。 2.接通電源，緩慢調(diào)節(jié)電位器，8只發(fā)光二極管LED逐個點亮，當電位器調(diào)節(jié)到最大值時，8只發(fā)光二極管全部點亮。當電位器調(diào)節(jié)到最小值時，8只發(fā)光二極管全部滅。 故障排除故障排除 1.如果8只發(fā)光二極管均不亮，可用萬用表測量CD4060的3腳，檢查振蕩電路是否起振。 2.檢查ADC0809的11，12，9腳是否接UCC，16，25，24，23，13腳是否接地。 3.檢查74LS244的1，19腳是否接地。任務(wù)實施任務(wù)實施*任務(wù)三任務(wù)三 仿真測試仿真測試DAC和和ADCDAC仿真測試電路

10、 一、仿真測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器一、仿真測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC 任務(wù)實施任務(wù)實施 操作步驟操作步驟 1.從混合元件庫中選取VDAC模塊拖到電路中。 2.從電源庫中拖出電源UDD、接地和一個10V的直流電源（DAC的參考電壓）。 3.從顯示器材庫中拖出電壓表。 4.測試前需要先輸入數(shù)據(jù)，如圖8-10所示，當前輸入數(shù)據(jù)為1100 0000（0C0H）。 5.按下仿真開關(guān)進行測試，并將輸入數(shù)據(jù)和輸出電壓值記錄在表8-5中。 6.重新輸入數(shù)據(jù)，再次測試并記錄。ADC仿真測試電路 二、仿真測試模數(shù)轉(zhuǎn)換器二、仿真測試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 操作步驟操作步驟 1.從混合元件庫中選取ADC模塊拖到電路中。 2.從電源庫中拖出電源UCC、接地和一個5V的直流電源（ADC的參考電壓）。 3.從電源庫中拖出方波信號源（ADC的CP脈沖，100HZ）。 4.從顯示器