第十章数模模数转换接口.pptVIP

第十章 数/模、模/数转换接口 当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理、保存等。 计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。 A/D转换器完成模拟量→数定量的转换， D/A转换器完成数字量→模拟量的转换。 10.1 数/模（D/A）转换 D/A转换器完成数字量→ 模拟量的转换，这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常普遍。 一、D/A转换原理 数/模转换器的核心器件是“解码网络”常用的解码网络有权电阻解码网络、T型解码网络等，T型解码网络的原理如图10-1所示。 图中Vref为参考电压，S7、S6……SO为8个电子开关，受计算机输出的二进制数据控制其导通/关断。解码网络相邻两节点之间的电阻都为R，但节点7与运算放大器之间，节点0与地之间的电阻为2R，各支路电阻为2R。不论电子开关导通/关断，从任一节点向左、向右看（不包含支路电阻）的等效电阻都是2R。 用叠加原理分析输入到运算放大器的总电流：依次假设S7～S0中只有一个电子开关接通Vref，其他电子开关接地，可求出总电流为： 总电流=D7×I×2-1+D6×I×2-2+……D0×I×2-8 =I×2-8(D7×27+D6×26 +……D0×20) =N×2-8(Verf/3R) 由于Verf和3R均为固定值总电流只与输入的二进制数N有关， 所以通过解码网络可得到一个与输入数字量成比例关系的电流。 集成化的D/A转换芯片按输入二进制的位数常见的有8、12、16、 20位D/A转换器。 二、D/A转换器特性及连接 D/A转换器一般是根据自己的需要选择相应数据位宽度和速度 的D/A转换芯片，在选择D/A转换器芯片时一般考虑如下指标： （1）分辨率： 指D/A转换器能分辨的最小电压增量，或1个二进制增量所代表的模拟量大小。 分辨率的表示式为： 分辨率=Vref/2位数 或 分辨率=（V+ref+V-ref)/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。 DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，一般考虑以下几方面： （1）输入缓冲能力： DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线相连，否则必须添加锁存器。 （2）输入码制： DAC输入有二进制BCD码两种，对于单极性DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。 （3）输出类型： DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流→电压转换。 （4）输出极性： DC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。 三、DAC典型连接 DAC芯片与CPU或系统总路线连接时，可从数据总线宽度是否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来虑，一般有下面几种情况： （1）当DAC位数与数据总线宽度相同，具有数据缓冲能力时， 可直接与CPU连接。 （2）当DAC位数与数据总线宽度相同，DAC没有数据寄存器时，必须外加锁存器或I/O接口芯片（如8255A等）才能与CPU连接。 当DAC位数大于数据总线宽度，DAC无论有无数据寄存器时，都必须外加锁存器或I/O接口芯片才能与CPU相连接。 1.8位DAC连接 DAC0832是一片典型的8位DAC芯片，其引脚和内部结构如图10-2所示。 DAC0832有三种工作方式： （1）双缓冲方式 （2）单缓冲方式 （3）直通方式 注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地”的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字地，而模所量部分只能连接到模拟地。 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。 利用DAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下： TRG： MOV DX，200H MOV AL，0H TN1： OUT DX，AL INC AL JNZ TN1 MOV AL，0FFH TN2： OUT DX，AL DEC AL