可编程接口芯片及其应用.ppt

第八章 可编程接口芯片及其应用——模拟接口 llxx@ustc.edu.cn 模拟接口 DAC 0832及其与主机的连接 ADC 0809及其与主机的连接 模拟量与数字量 模拟量——连续变化的物理量 模拟输入输出系统 自控系统的组成 传感器：将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流） ，如光电、压敏、热敏等 放大器：把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围 低通滤波器：用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比 多路开关：把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 采样保持器：周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持不变 采样过程 采样过程将时间连续的信号变成时间不连续的模拟信号。 这个过程是通过模拟开关来实现的。模拟开关每隔一定的时间间隔一次，一个连续信号通过这个开关，就形成一系列的脉冲信号，称为采样信号。 采样保持器 保持：电容充电 对于变化缓慢的信号，可以不用 采样电路增益为1 量化过程 量化过程即是进行A／D转换的过程，A／D转换将采样后的模拟信号转换成数字量。 采样后的信号虽然时间上不连续，但幅度仍然连续，仍为模拟信号，必须经过量化，转换成数字信号，才能送入计算机。 量化过程会引入误差 编码 为了方便处理，通常将量化值进行二进制编码。 最大量化误差为1／2 LSB，对相同范围的模拟量，编码位数越多，量化误差越小。 数字表示格式 对无正负区分的单极性信号，所有的二进制编码位均表示其数值大小。 对有正负的双极性信号则必须有一位符号位表示其极性，通常有三种表示方法： 原码 补码 移码：偏移二进制码，这种编码常用于双极性模拟量的转换。 D/A转换的基本原理 数字量 → 按权相加 → 模拟量 D/A转换器的原理图（1）－T型电阻网络 D/A转换器的原理图（2） D/A转换器的原理图（3） Va＝VREF Vb＝VREF/2 Vc＝VREF/4 Vd＝VREF/8 D/A转换器的原理图（4） Iout1＝I0＋I1＋I2＋I3 ＝VREF/2R×（1/8＋1/4＋1/2＋1） Rfb＝R Vout＝－Iout1×Rfb ＝－VREF×[（20＋21＋22＋23）/24] 输出正向锯齿波 DAC0832的内部结构 DAC0832的数字接口 组成：T型电阻网络＋电子开关 注意：不包含运放 8位数字输入端 DI0～DI7（DI0为最低位） 输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、WR1* DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 XFER*、WR2* 直通锁存器的工作方式 两级缓冲寄存器都是直通锁存器 LE＝1，直通（输出等于输入） LE＝0，锁存（输出保持不变） DAC0832的工作方式：直通方式 LE1＝LE2＝1 输入的数字数据直接进入D/A转换器 DAC0832的工作方式：单缓冲方式 LE1＝1，或者LE2＝1 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态） DAC0832的工作方式：双缓冲方式 两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够在对一个数据进行D/A转换的同时，输入另一个数据 DAC0832的模拟输出 Iout1、Iout2——电流输出端 Rfb——反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF——参考电压输入端 ＋10V～－10V AGND——模拟信号地 VCC——电源电压输入端 ＋5V～＋15V DGND——数字信号地 单极性电压输出 Vout＝－Iout1×Rfb ＝－（D/28）×VREF 单极性电压输出：例子 设 VREF＝－5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝（0/256）×5V＝0V D＝01H时，一个最低有效位（LSB）电压： VLSB＝（1/256）×5V＝0.02V 双极性电压输出：电路 双极性电压输出：公式 取 R2＝R3＝2R1 得 Vout2＝－（2Vout1＋VREF） 因 Vout1＝－（D/28）×VREF 故 Vout2＝[（D－27）/27）]×VREF 双极性电压输出：例子 设 VREF＝5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝[（255－128）/128]×5V＝4.96V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝[（0－128）/128]×5V＝－5V D＝81H＝129时，一个最低有效位电压： VLSB＝[（129－128/128]×5V＝0.04V D/A转换的性能指标 分辨率：LSB所对应的模拟量的大小 如：8位DAC，分辨率为满量程的1/256 精度 绝对精度：给定数值的输出模拟量与理想值之差。 相对精度：总体的模拟输出与理想值之差。 用满量程（full-scale）误差表示：如±0.