數(shù)模轉(zhuǎn)換器學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器第一頁(yè)，共18頁(yè)。二、二、 模擬模擬(mn)接口接口1、定義、定義: 實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間相互實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間相互(xingh)轉(zhuǎn)換的部件轉(zhuǎn)換的部件。2、分類：、分類： A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器:將模擬電壓將模擬電壓(diny)(電流電流)數(shù)字化的器數(shù)字化的器件。件。 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器:將數(shù)字電壓將數(shù)字電壓(diny)(電流電流)模擬化的器模擬化的器件。件。第1頁(yè)/共18頁(yè)第二頁(yè)，共18頁(yè)。3、實(shí)際、實(shí)際(shj)的微機(jī)控制系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng) 量程放大量程放大(fngd)(fngd)器把微弱的傳感器信號(hào)器把微弱的傳感器信號(hào)( (通常為毫伏或微伏級(jí)通常為毫伏或微伏

2、級(jí)) )放大放大(fngd)(fngd)到到 A/D A/D轉(zhuǎn)換器所需的量程范圍。轉(zhuǎn)換器所需的量程范圍。低通濾波器用來降低噪聲低通濾波器用來降低噪聲, ,濾去不必要的干擾濾去不必要的干擾, ,以增加信噪比。以增加信噪比。多路開關(guān)可以使多個(gè)模擬信號(hào)共用一個(gè)多路開關(guān)可以使多個(gè)模擬信號(hào)共用一個(gè)A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。第2頁(yè)/共18頁(yè)第三頁(yè)，共18頁(yè)。三、采樣三、采樣(ci yn)-(ci yn)-保持電路保持電路（1 1）采樣跟蹤：在采樣脈沖期間應(yīng)盡可能快地接受輸入信號(hào)）采樣跟蹤：在采樣脈沖期間應(yīng)盡可能快地接受輸入信號(hào)(xnho)(xnho)，使輸出和輸入信號(hào)使輸出和輸入信號(hào)(xnho)(xnh

3、o)相一致。相一致。（2 2）保持：把采樣）保持：把采樣(ci yn)(ci yn)結(jié)束瞬間的輸入信號(hào)保持下來，使輸出和結(jié)束瞬間的輸入信號(hào)保持下來，使輸出和保持的信號(hào)一致。保持的信號(hào)一致。1 1、作用、作用: :在時(shí)間連續(xù)變化的輸入模擬量在時(shí)間連續(xù)變化的輸入模擬量, , 轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、且與輸轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、且與輸入信號(hào)完全一致的輸出信號(hào)，以便給入信號(hào)完全一致的輸出信號(hào)，以便給A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。2 2、電路、電路第3頁(yè)/共18頁(yè)第四頁(yè)，共18頁(yè)。四、四、A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 采樣后數(shù)值采樣后數(shù)值(shz)(shz)上的模擬信號(hào)，成為數(shù)值上的模擬信號(hào)，成為數(shù)值(shz)(s

4、hz)上的數(shù)字信號(hào)的過程稱為量化。上的數(shù)字信號(hào)的過程稱為量化。 A/D A/D轉(zhuǎn)換就是對(duì)采樣后轉(zhuǎn)換就是對(duì)采樣后的信號(hào)，數(shù)值的信號(hào)，數(shù)值(shz)(shz)上量化的過程。上量化的過程。 D/A D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(zhunhun)(zhunhun)把數(shù)把數(shù)字量轉(zhuǎn)換字量轉(zhuǎn)換(zhunhun)(zhunhun)成模擬量的過程。成模擬量的過程。第4頁(yè)/共18頁(yè)第五頁(yè)，共18頁(yè)。v8.2 數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器DAC0832及其接口及其接口(ji ku)第5頁(yè)/共18頁(yè)第六頁(yè)，共18頁(yè)。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入輸入寄存寄存器器電子電子開關(guān)開關(guān)T型型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓數(shù)字量數(shù)字量輸入輸入模擬電模擬電壓輸出壓輸出芯片

5、內(nèi)芯片內(nèi)2 2、轉(zhuǎn)換原理：用輸入數(shù)字量的各位，通過電子開關(guān)去控、轉(zhuǎn)換原理：用輸入數(shù)字量的各位，通過電子開關(guān)去控 制制T T型網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)位的開與關(guān)，經(jīng)運(yùn)算型網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)位的開與關(guān)，經(jīng)運(yùn)算(yn sun)(yn sun)放大器實(shí)現(xiàn)放大器實(shí)現(xiàn)輸入輸入 數(shù)字量各位的按權(quán)相加，輸出與輸入數(shù)字量相應(yīng)的模數(shù)字量各位的按權(quán)相加，輸出與輸入數(shù)字量相應(yīng)的模 擬電壓。擬電壓。一、一、 D/A D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(zhunhun)(zhunhun)原理原理1 1、 D/A D/A轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理(yunl)(yunl)框圖框圖二二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換的啟發(fā)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換的啟發(fā)1011B=123 + 022 + 121 + 120 按權(quán)相加

6、按權(quán)相加第6頁(yè)/共18頁(yè)第七頁(yè)，共18頁(yè)。3 3、按權(quán)相加的實(shí)現(xiàn)、按權(quán)相加的實(shí)現(xiàn)(shxin)(shxin) 設(shè)法設(shè)法(shf)使使A0, A1 An-2, An-1各電壓值為各電壓值為:其電流值依次其電流值依次(yc)(yc)為：為： 經(jīng)經(jīng)運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)上述實(shí)現(xiàn)上述與輸入數(shù)字量相應(yīng)的與輸入數(shù)字量相應(yīng)的電流值電流值相加，便可相加，便可輸出輸出一個(gè)一個(gè)與輸入數(shù)字量相應(yīng)的模擬電壓與輸入數(shù)字量相應(yīng)的模擬電壓V V0 0。電子開關(guān)電子開關(guān)T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器輸入數(shù)字量輸入數(shù)字量依次代表輸入數(shù)字量的依次代表輸入數(shù)字量的A0, A1 An-2, An-1各位數(shù)值。各位數(shù)值。第7頁(yè)/

7、共18頁(yè)第八頁(yè)，共18頁(yè)。二二 、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的主要(zhyo)(zhyo)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)1 1、分辨率：指、分辨率：指D/AD/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換器能夠(nnggu)(nnggu)轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)；位數(shù)；2 2、轉(zhuǎn)換時(shí)間：指數(shù)字、轉(zhuǎn)換時(shí)間：指數(shù)字(shz)(shz)量從輸入到完成轉(zhuǎn)換量從輸入到完成轉(zhuǎn)換、輸出達(dá)、輸出達(dá) 到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間；到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間；3 3、精度：、精度：指指D/AD/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間 的誤差；的誤差；4 4、動(dòng)態(tài)范圍：、動(dòng)態(tài)范圍：D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸出的最大和最小模

8、擬轉(zhuǎn)換器輸出的最大和最小模擬 電壓范圍。電壓范圍。第8頁(yè)/共18頁(yè)第九頁(yè)，共18頁(yè)。1 1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)實(shí)際上是一個(gè)T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò),在運(yùn)算在運(yùn)算(yn sun)放大器配合下完成放大器配合下完成D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。8位輸入寄存器位輸入寄存器當(dāng)當(dāng)CS=0， ILE=1時(shí)時(shí), 若若WR1=0,該該寄存器寄存器輸出隨輸入而變化輸出隨輸入而變化;若若WR1由由0變?yōu)樽優(yōu)?, 則則LE1=0: 輸入輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)D0D7被鎖入該被鎖入該寄存器寄存器; 8位位DAC寄存器寄存器當(dāng)當(dāng)XFER= WR2=0時(shí)時(shí), LE2=1,該該DAC寄存器寄存器輸出隨輸入而變輸

9、出隨輸入而變化化;若若WR2由由0變?yōu)樽優(yōu)?, 則則LE2=0: 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)D0D7被鎖入該被鎖入該DAC寄存器寄存器;三、三、DAC0832DAC0832轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第9頁(yè)/共18頁(yè)第十頁(yè)，共18頁(yè)。2 2、引腳圖、引腳圖CSCS 片選信號(hào)，用于芯片尋址；片選信號(hào)，用于芯片尋址；WR1, WR2 WR1, WR2 寫控制信號(hào)；寫控制信號(hào)； D7D7D0 8D0 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)(shj)(shj)輸入；輸入； IOUT1,IOUT2IOUT1,IOUT2模擬模擬(mn)(mn)電流輸出端電流輸出端; ;VREFVREF基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓(diny)(diny)輸入輸入(-10(-10+10

10、V);+10V);R Rf b 反饋電阻引出端；反饋電阻引出端；XFER XFER 通道控制信號(hào)通道控制信號(hào); ;AGND AGND 模擬地；模擬地；DGNDmDGNDm數(shù)字地。數(shù)字地。ILE ILE 8 8位數(shù)據(jù)鎖存控制信號(hào)；位數(shù)據(jù)鎖存控制信號(hào)； 采用了二次緩沖輸入數(shù)據(jù)方式采用了二次緩沖輸入數(shù)據(jù)方式: :輸入輸入寄存器及寄存器及DACDAC寄存寄存器?？梢栽谳敵龅耐瑫r(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量，以提高轉(zhuǎn)換器?？梢栽谳敵龅耐瑫r(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量，以提高轉(zhuǎn)換速度。可用于需要同時(shí)輸出多個(gè)參數(shù)的模擬量系統(tǒng)。速度?？捎糜谛枰瑫r(shí)輸出多個(gè)參數(shù)的模擬量系統(tǒng)。第10頁(yè)/共18頁(yè)第十一頁(yè)，共18頁(yè)。3 3、DAC0832

11、DAC0832的工作的工作(gngzu)(gngzu)方式方式 雙緩沖器方式：如前所述，輸入數(shù)據(jù)寄存器用于數(shù)雙緩沖器方式：如前所述，輸入數(shù)據(jù)寄存器用于數(shù)據(jù)采集，據(jù)采集，DACDAC寄存器用于寄存器用于D/AD/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)鎖存。特點(diǎn)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)鎖存。特點(diǎn)(tdin)(tdin)：轉(zhuǎn)換速度快，但控制電路復(fù)雜。：轉(zhuǎn)換速度快，但控制電路復(fù)雜。多片多路方式：各路數(shù)據(jù)分別多片多路方式：各路數(shù)據(jù)分別(fnbi)(fnbi)鎖入各自的輸入鎖入各自的輸入數(shù)據(jù)寄存器中，然后在所有數(shù)據(jù)寄存器中，然后在所有XFERXFER和和WR2WR2端同時(shí)加一個(gè)負(fù)端同時(shí)加一個(gè)負(fù)脈沖，在該負(fù)脈沖的后沿，各路數(shù)據(jù)同時(shí)被鎖入各自的脈沖

12、，在該負(fù)脈沖的后沿，各路數(shù)據(jù)同時(shí)被鎖入各自的DACDAC寄存器中，從而實(shí)現(xiàn)多片同時(shí)轉(zhuǎn)換輸出。寄存器中，從而實(shí)現(xiàn)多片同時(shí)轉(zhuǎn)換輸出。單緩沖器方式：?jiǎn)尉彌_器方式：XFERXFER和和WR2WR2接地接地(LE2=1), DAC(LE2=1), DAC寄存寄存器作為數(shù)據(jù)通道，輸入數(shù)據(jù)寄存器完成數(shù)據(jù)采集和器作為數(shù)據(jù)通道，輸入數(shù)據(jù)寄存器完成數(shù)據(jù)采集和D/AD/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)鎖存。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢，但控制電轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)鎖存。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢，但控制電路簡(jiǎn)單（常用方式）。路簡(jiǎn)單（常用方式）。第11頁(yè)/共18頁(yè)第十二頁(yè)，共18頁(yè)。4 4、DAC0832DAC0832的輸出的輸出(shch)(shch)連接方式連接方

13、式單極性輸出單極性輸出(shch)：輸出：輸出(shch)的電壓極性是單的電壓極性是單一的。一的。雙極性輸出雙極性輸出(shch)(shch)：輸出輸出(shch)(shch)的電壓極性有的電壓極性有正有負(fù)。正有負(fù)。當(dāng)當(dāng)U1=0U1=05V5V時(shí)，時(shí)， Uout=-5V Uout=-5V 5V5V第12頁(yè)/共18頁(yè)第十三頁(yè)，共18頁(yè)。注意：注意：AGND與與DGNDAGND模擬地，接于模擬系統(tǒng)的地線，如模擬地，接于模擬系統(tǒng)的地線，如運(yùn)運(yùn)放等；放等；DGND數(shù)字地，接于數(shù)字系統(tǒng)的地線，如數(shù)字地，接于數(shù)字系統(tǒng)的地線，如CPU、寄存器等。、寄存器等。 模擬和數(shù)字芯片模擬和數(shù)字芯片(xn pin)分別

14、供電，模擬地分別供電，模擬地和數(shù)字地分和數(shù)字地分開，整個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)共地點(diǎn)。避免串?dāng)_！開，整個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)共地點(diǎn)。避免串?dāng)_！CPU數(shù)字電路A/D運(yùn)放運(yùn)放模擬電路模擬電路模擬地與數(shù)字地的連接方法模擬地與數(shù)字地的連接方法第13頁(yè)/共18頁(yè)第十四頁(yè)，共18頁(yè)。四、四、 DAC0832 DAC0832應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)(yngyng)例例1 1、DAC0832DAC0832和和CPUCPU的連接的連接(linji) P270 (linji) P270 地址地址92H92H譯碼作譯碼作： CSCS、WRWR1 1IORQIORQ、WRWR全低輸出：全低輸出： XFERXFER、WRWR2 2數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：D D0 0D D7 7第14頁(yè)/共18頁(yè)第十五頁(yè)，共18頁(yè)。由于由于XFERXFER和和WR2WR2接地接地(jid),(jid), 片內(nèi)片內(nèi)DACDAC寄存器為數(shù)據(jù)寄存器為數(shù)據(jù) 直接通道；直接通道；由于由于ILEILE接接+5V, +5V, 當(dāng)?shù)刂樊?dāng)?shù)刂愤x通后，選通后，IOWIOW信號(hào)信號(hào)(xnho)(xnho)可直接可直接控制轉(zhuǎn)換控制轉(zhuǎn)換; ; 地址地址(dzh)選通：選通：00 1111 1000B 0 F 8 H2 2、鋸齒波產(chǎn)生系統(tǒng)、鋸齒波產(chǎn)生系統(tǒng)濾波濾波電容電容第15頁(yè)/共18頁(yè)第十六頁(yè)，共18頁(yè)。產(chǎn)生鋸齒產(chǎn)生鋸齒(jch