模数和数模转换.pdf

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第10章 模/数和数/模转换 教学目的和教学要求 通过本章的学习,使学生掌握模/数和 数/模转换通道的基本组成、模/数与数/ 模转换器的主要技术指标,掌握A/D转换 芯AD574及D/A转换芯片DAC0832分别与 ISA总线的连接及应用编程 了解常用模/数转换芯片和常用数/模 转换芯片 重点与难点 重点 模/数转换接口技术 数/模转换接口技术 难点 A/D转换芯AD574与ISA总线连接的原理 D/A转换芯片DAC0832与ISA总线连接的 原理 10.1 概述 模拟量——连续变化的物理量 模拟/数字转换器 DAC ADC 数字/模拟转换器 数字量—— 时间和数值上都离散的量 含有A/D与D/A转换的监控系统 10.2 模/数与数/模转换通道的组成 10.2.1 模/数转换通道的组成 一般模/数转换通道由传感器、信号处 理、多路转换开关、采样保持器以及A/D 转换器组成 一、传感器(Transducer) 传感器:能够把非电物理量转换成电量(电流 或电压)的器件,一般传感器由电容、电阻、 电感或敏感材料组成,在外加激励电流或电压 的驱动下,不同类型的传感器会随不同非电物 理量的变化,引起传感器的组成材料发生改 变,使得输出连续变化的电流或电压与非电物 理量的变化成正比 由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或 电压的变化十分微弱,容易受外界干扰,因此, 在市场上能买到的各种变送器,已将传感器与放 大电路制作在一起,输出统一标准的0~10mA或 4~20mA电流,或0~5V电压,以便传输或直接送 A/D转换器进行A/D转换,其中,4~20mA标准电 流输出的传感器较为普遍,常说的流量变送器、 压力变送器等一般输出4~20mA标准电流,内部 处于恒流输出结构,显然电流型传感器比电压型 传感器抗干扰能力强,易于远距离传输,因此, 电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中 二、信号放大处理 信号放大处理电路,接在A/D转换器与传感器之 间,用于解决以下存在问题 A/D转换器与传感器二者电压不匹配 如果是电流型输出传感器,要进行Ⅰ~Ⅴ变换与 放大处理,将电流信号对应变换成电压信号 传感器工作在现场,可能存在复杂的强电磁波的 干扰,通常采用RC低通滤波器,滤除叠加在传感器 输出信号上的高频干扰信号,也可采用有源滤波技 术,使得滤波特性更好 三、多路转换开关(Multiplexer) 一个数据采集系统(A/D转换)往往要采集多 路模拟信号 通常只用一片A/D转换芯片,轮流选择输入信 号进行采集,既节省了硬件开销,又不影响对 系统的监测与控制 许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关,一 片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信 号,如果A/D转换芯片不具有多路转换功能, 则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关 常用的模拟多路开关介绍 1.CD4051B的基本结构 CD4051B采用了CMOS工 艺,16脚DIP封装 八选一模拟多路开关 当使能端INH为0状态时,CD4051B才能 选择导通,由选择输入端A2A1A0三位二进 制编码来控制(CH0~CH7)八个输入通道 的通断。该芯片能实现双向传输,即可以 实现多传一或一传多两个方向的传送 2.CD4051B与不同电平接口时的电源供电 CD4051B常用的两种电源供电方式 如图10-3所示 ①与TTL或NMOS逻辑器件接口, 如图10-3(a)所示,VDD=5V, VSS=0V,VSS作为数字信号的地, 与TTL及NMOS电源相容。由于VEE 接-5V,所以开关可以接通-5V~ +5V之间的模拟信号 ②与CMOS逻辑器件接口,如图 10-3(b)所示,VDD=7.5V, VSS=0V,可作为CMOS逻辑器件的 供电电源。而VEE=-7.5V,所以开 关可以接通-7.5V~+7.5V之间的 模拟信号 3.通道的扩展 并接两片CD4051B,就可以扩展成为十六选一的模拟多 路开关,如图10-4所示 注意:两

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