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第八章 数/模(D/A)、模/数(A/D)转换 黄景涛 第8章 数/模(D/A)、模/数(A/D)转换 8.1 概 述 在工业生产中，往往要对许多自然信号进行研究，例如温度、压力、流量等，称为模拟量。 这些模拟量是一些时间连续、取值连续的物理量，不能直接被计算机处理； 必须先转化成离散的数字信号，再输入计算机识别和处理； 又必须把计算机发出的控制命令等转化为模拟信号，去驱动模拟调节执行机构。 这两个过程，都需要数/模和模/数转换接口来完成。 一个实时控制系统的各个环节 8.2 数/模（D/A）转换器 在计算机系统中，完成数字信号转换成模拟信号的装置叫数/模（D/A）转换器（DAC）。 8.2.1 数/模转换的原理 数字量是由一位一位的二进制数位构成的, 每个数位都代表一定的权。 把一个数字量变成模拟量, 必须把每一位上的代码按照权来转换为对应的模拟量,再把各模拟量相加, 这样,得到的总的模拟量便对应于给定的数据（二十进制转换）。 数模转换从某种意义上讲就是把二进制的数转换为十进制的数 通常用T型网络实现数字量向模拟电流的转换；再利用运算放大器将电流信号转换为电压信号 运算放大器的工作特点和原理 运算放大器有如下三个特点： 开环放大倍数非常高（输入电压很小） 输入阻抗非常大 （输入电流极小） 输出阻抗很小（驱动能力大） 虚地 运算放大器同相端接地时，用反相端作为输入，由于电压Vi非常小，可认为与接地电位近似相同(与地近似短路)； 输入电流很小，即反相端与地非真实短路； 上述输入电压近似为0、输入电流也近似为0的情况称为虚地 虚地的概念是分析运算放大器工作的基础 运算放大器的工作特点和原理 2. 由并联电阻和运算放大器构成的 D/A 转换器 D/A转换的分辨率和精度 分辨率（Resolution） 最低位增1所引起的增量和最大输入量的比： 分辨率=1/（2n-1） 转换精度（Accuracy） 精度是指某一数字量的理论输出值和经DAC转换的实际输出值之差。 绝对转换精度：每个输出电压接近理想值的程度 相对转换精度：绝对转换精度相对于满量程输出的百分数 建立时间（Settling Time） 指当输入数字量从0变化到最大时，其模拟输出达到满刻度值上下1/2 LSB对应值时所需要的时间。 转换速率: 大信号工作时,模拟输出电压的最大变化速度,V/us 线性误差：D/A转换时，理论上输出模拟量与对应的输入数字量成线性关系，但实际情况往往不是理想线性。偏离理想转换特性的最大值称为线性误差。一般用模拟量和理想值的最大差值折合成的数字量表示。 T型电阻网络 电阻网络是D/A转换器的核心 最常见的形式有权电阻网络和T型电阻网络 4位D/A转换器的T型电阻网络如下图： T型电阻网络 从D点看的电阻为R 所以有：IREF=VREF/R 根据节点电流定律： I3=I3’=IREF/20 I2=I2’=IREF/4= IREF/22 … I0=I0’= IREF/16= IREF/24 8.2.2 数 / 模转换器件和有关电路 目前市场上的 D/A 转换芯片可以分为两类: 一类芯片内部没有数据输入寄存器 这类芯片内部结构简单 价格比较低廉 不能直接和总线相连 另一类芯片内部有数据输入寄存器 可以直接和系统总线相连 1.不带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 1.不带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 1.不带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 1.不带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 8.7 所示连接。工作时 ,CPU 先用两条输出指令把数据送到第一级数据缓冲器 , 然后通过第三条输出指令使数据送到第二级数据缓冲器 , 从而使 D/A 转换器一次得到 12 位待转换的数据 第三条输出指令所执行的是伪输出 .它并没有真正把数据总线上的数据送到缓冲器 , 而仅仅是使缓冲器得到 一个选通信号 , 从而 , 使第一级缓冲器的数据打入第二级缓冲器。 1.不带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 具体程序段如下 : MOV AL,DATAL OUT PORTL,AL ；低 8 位数据送第一级缓冲器 MOV AL,DATAH OUT PORTH,AL ；高 8 位数据送第一级缓冲器 OUT PORT,AL ；伪输出，使数据打入第二级缓冲器 2. 带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 2. 带数据输入寄存器的 D/A 芯片的使用 DAC0832 的引脚图 DAC0832 的引脚 /CS：片选信号。 ILE：允许输入锁存信号。 /WR1：写信号1；/WR2：写信号2。 /XFER：传送控制信号