[理学]WX02_微型计算机控制技术_第二章4_改2011a.ppt

第2章 输入/输出接口与过程通道（四） 2.7 模拟量输出通道（重点） 在微机控制系统中，经模拟量输入通道采集来的参数，按一定的控制规律或某种控制算法处理后，输出控制信号，实现对被控设备或生产过程的控制或调节。在模拟量输出通道中，需经过数字/模拟（D/A）转换，将计算机输出的数字信号变换成模拟量信号传送给执行机构，由执行机构直接作用于生产过程进行控制或调节。 2.7.1 D/A转换器原理（掌握） 大多数D/A转换器是由精密电阻网络和开关阵列构成。按数字输入值切换开关，产生相应输出的电流和电压。 D/A 转换器分类： 按照电阻网络的不同可分为： 权电阻网络D/A 转换器 T型电阻网络D/A 转换器 一、权电阻网络D/A转换器 权电阻网络D/A转换器主要由权电阻网络、模拟开关、运算放大器和基准电源VREF四部分组成 。 权电阻网络DAC电路的优点： 电路结构简单，使用电阻数量少；各位数码同时进行转换，速度较快。缺点是电阻网络中电阻取值相差较大，随着输入信号位数的增多，电阻网络中电阻取值差距增大。在相当宽的范围内要保证电阻取值的精度较困难，对电路的集成不利。 为克服权电阻网络DAC中电阻值相差太大的缺点，目前集成D/A转换器中常用的T型电阻网络D/A转换器。T型电阻网络DAC，其电阻网络中仅有阻值为R和2R的两种电阻，从而克服了电阻取值分散的缺点。 图中VR为参考电压，S3、S2……SO为4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3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、向右看的等效电阻都是2R。同理，对于8位D/A转换器有： 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(VR/3R) 由于VR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。 2.7.2 如何选择D/A转换器（重点） D/A转换器一般可按以下方式分类： （1）根据输出是电流还是电压信号，可以分为电流输出型和电压输出型器件。 （2）根据输入端口是串口还是并口，可以分为串行输入和并行输入器件。 （3）根据内部是否有锁存器，可以分为无锁存器型和带锁存器型器件。 1．分辨率 D/A转换器的分辨率表示当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转换器的分辨率。它确定了D/A产生的最小模拟量变化，反映了计算机数字量输出对执行部件控制的灵敏程度，也可用最低位（LSB）表示。对于一个n位的D/A转换器，分辨率可表示为： 例如，对于满刻度值5.12V，单极性输出，8位D/A转换器的分辨率为5.12/28=20mV/步；12位D/A转换器的分辨率为5.12/212=1.25mV/步。即8位的D/A转换器只能对20mV的增量作出反映，而12位的D/A转换器能对1.25mV的增量作出反映。因此12位的D/A转换器相对于8位的分辨率提高16倍。 设计时应按系统对分辨率的要求来选择D/A转换器，在满足控制灵敏度要求的原则下，适当留有余地，但也不是选用的分辨率越高越好，这要增加系统成本和复杂性。 2．精度 转换精度以最大的静态转换误差的形式给出。这个转换误差是非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差。但是有的产品说明中，只是分别给出各项误差，而不给出综合误差。 应该注意，精度和分辨率是两个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值相对于理想值的接近程度，而分辨率是指能够对转换结果影响的最小输入量，对于分辨率很高的D/A转换器并不一定具有很高的精度。 3．转换时间 也称建立时间，是指将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间，即从D/A转换器输入的数字量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为转换时间。D/A中常用转换时间来描述其速度。一般地，电流输出D/A转换时间较短，电压输出D/A转换时间较长。 4．非线性（线性度） 非线性也称为线性度或非线性误差。相邻两个数字量之间的差应是1LSB，即理想的转换特性是线性的。但是元器件的非线性，使之存在非线性误差。它是在D/A转换器零点调整好（D=00H，模拟量输出为0）和增益调整好后，实际的模拟量输出和理论值之差。通常非线性用百分数表示，例如：±1%，表示实际输出和理论值之差在满刻度的±1%范围内。 2.7.3 8位D/A转换器DAC0832及应用（重点） 一、DAC0832的结构及原理 DAC0832是电流输出型8位D/A转换器，采用CMOS工艺，单