第九章数据采集技术第四讲.ppt

§9.7 数/模转换器 数/模转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件， 简称D/A转换器或DAC。在数字控制系统中作为关键器件，用来把微处理器输出的数字信号转换成为电压或电流等模拟信号，并送入执行机构进行控制或调节。在逐次逼近A/D转换器中，曾经见到过DAC，它把SAR中的数字量转换成模拟量。 D/A转换器已经集成在一块芯片上， 一般无需了解内部电路细节即可使用，而且非常方便。 一、D/A转换器的分类和组成 D/A转换器主要有两大类：并行D/A转换器和串行D/A转换器。 1、并行D/A转换器 并行D/A转换器的位数与输入数码的位数相同， 数码的每一位都有一个输入端，用来控制相对应的模拟开关，决定是否把基准电压UREF接到电阻网络：ai=1，接通；ai=0，断开。并行D/A转换器速度快。 2、串行D/A转换器 在某些应用中，数字量是串行传送的，使用串行D/A转换器比较方便。串行二进制代码在时钟的同步下一位接一位送入D/A转换器实现转换。转换n位输入数码需要n个工作节拍，转换的速度比并行D/A转换器慢得多。 Ds为输入数码，如果Ds=1，K1闭合， 基准电压与UCi相加，经放大后，再“÷2”，准备接收下一位；如果Ds=0，K1断开，用0与UCi相加，经放大后，再“÷2”，准备接收下一位。“÷2”相当于数码“右移”一位。在最后1位转换后，电容器电压Uci，若减去初始电压的1/2n，剩余电压为D/A转换器的模拟电压输出。 3、D/A转换器的基本组成 D/A转换器的基本组成可分为四个部分：电阻网络、模拟切换开关、基准电源、运算放大器。 二、D/A转换器的主要技术指标 D/A转换器的技术指标很多，包括绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数等，这里讨论几种主要指标。 转换精度：转换精度分为绝对精度和相对精度。 转换精度是指输入满量程数字量时，D/A转换器实际输出值与理论输出值之差，一般应小于±1/2 LSB。 相对精度是指绝对精度与额定满量程输出值的比值。可用偏差多少LSB来表示，或用该偏差相对满量程的包分数来表示。 线性误差：线性误差是指D/A转换器的转换特性曲线与理想特性之间的最大偏差。 建立时间：它是描述D/A转换速度快慢的一个参数，是指从输入数字量开始，到达与终值相差±1/2 LSB范围所需要的时间，其长短取决于所采用的电路和所使用的元件。 温度系数：在满量程输出条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。 例如，AD561J的温度系数为≤10×10-6 FSR / ℃。 D/A转换器还有其它技术指标，例如，输出电平、输入数字电平、工作温度等。由于应用场合不同，对D/A转换器的要求也有所不同。在自动检测系统中，追求的目标是高精度，而在控制系统中，则要求高分辨率。 三、并行D/A转换器 并行D/A转换器的转换速度比较快，各位代码同时转换，转换时间只取决于转换器中的电压或电流的稳定时间。 1、权电阻D/A转换器 权电阻D/A转换器的实现原理是先把输入的数字量转换为对应的模拟电流量，然后再把模拟电流转换为模拟电压输出。 运算放大器对各位电流求和，然后将其转换为模拟量。 2、T型电阻网络 T型电阻网络是由相同的电路环节组成的，每个环路由两个电阻和一个模拟开关组成，相等于一位二进制代码。仍以4位二进制代码为例说明。 可见，在电阻网络中仅用了R和2R两种电阻，克服了权电阻D/A转换器电阻偏差大带来的问题，提高了精度；Rf =R。 由此，可以画出如下等效电路。 对应四个支路电流I0、I1、I2、I3分别为： 四、集成D/A转换器 目前，市场上的D/A转换器芯片品种较多，有快慢之分，有8位、10位、12位、14位、16位之分，还有串行和并行之分。 1、DAC0832的特性 8位电流输出型D/A转换器 T型电阻网络 数字量输入，可以双缓冲、单缓冲或直通 与微机可直接连接 输入数据的逻辑电平满足TTL电平规范 满量程误差为±1LSB 转换时间1μs 参考电压±10V，单电源+5V～+10V，功耗20mW。 2、DAC0832芯片的内部结构 芯片内部有一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器，具有二级缓冲能力，在转换前一个数据的同时可接收下一个数据，以提高D/A转换的速度。 引脚说明： D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许，输入 CS#：片选信号，输入 用于把数据写到输入锁存器 WR1#：写输入锁存器 WR2#：DAC寄存器的写选通信号 XFER#：允许输入锁存器的数据传送DAC寄存器，输入上述二个信号用于启动转换 VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入