数模转换原理及应用.doc

数模（D/A）转换器及模数（A/D）转换器一、实验目的1.熟悉D / A转换器的基本工作原理。2.掌握D / A转换集成芯片DAC0832的性能及其使用方法。3.熟悉A / D转换器的工作原理。4.掌握A / D转换集成芯片ADC0809的性能及其使用方法。二、实验原理1.数模（D / A）转换所谓数模（D / A）转换,就是把数字量信号转换成模拟量信号,且输出电压与输入的数字量成一定的比例关系。图47为D / A 转换器的原理图,它是由恒流源（或恒压源）、模拟开关、以及数字量代码所控制的电阻网络、运放等组成的四位D/ A转换器。四个开关S0 S3由各位代码控制,若“S”代码为1,则意味着接VREF ,代码“S”= 0,则意味着接地。由于运放的输出值为V0= -I?Rf ,而I为I0、I1、I2、I3的和,而I0 I3的值分别为（“S”代码全为1）：I0 = ,I1 = ,I2 = ,I3 =若选R0 = ,R1 = ,R2 = ,R3 =则I0 =?20 ,I1 =?21 ,I2 =?22 ,I3 =?23若开关S0 S3不全合上,则“S”代码有些为0,有些为1（设4位“S”代码为D3D2DlD0）,则I =D3I3 + D2I2 + DlIl + D0I0 =（D3?23 + D2?22 + D1?21 + D0?20）= B?所以,V0 = -Rf ? B ,B为二进制数,即模拟电压输出正比于输入数字量B ,从而实现了数字量的转换。随着集成技术的发展,中大规模的D / A转换集成块相继出现,它们将转换的电阻网络和受数码控制的电子开关都集成在同一芯片上,所以用起来很方便。目前,常用的芯片型号很多,有8位的、12位的转换器等,这里我们选用8位的D / A转换器DAC0832进行实验研究。DAC0832是CMOS工艺,共20管引脚,其管脚排列如图48所示。图47 D / A转换原理图图48 DAC0832管脚排列图各管脚功能为：D7 D0：八位数字量输入端,D7为最高位,D0为最低位。I0l：模拟电流输出1端,当DAC寄存器为全1时,I0l最大；全0时,I0l最小。I02：模拟电流输出2端,I0l + I02 = 常数 = ,一般接地。Rf：为外接运放提供的反馈电阻引出端。VREF：是基准电压参考端,其电压范围为 10 +l0V 。VCC：电源电压,一般为 +5V +15V 。DGND：数字电路接地端。AGND：模拟电路接地端,通常与DGND相连。CS：片选信号,低电平有效。ILE：输入锁存使能端,高电平有效。它与WR1、CS信号共同控制输入寄存器选通。WR1：写信号1,低电平有效。当CS= 0 ,ILE = 1时,WR1 此时才能把数据总线上的数据输入寄存器中。WR2：写信号2,低电平有效。与XFER配合,当二者均为0时,将输入寄存器中当前的值写入DAC寄存器中。XFER：控制传送信号输入端,低电平有效。用来控制WR2选通DAC寄存器。由于DAC0832转换输出是电流,所以,当要求转换结果不是电流而是电压时,可以在DAC0832的输出端接一运算放大器,将电流信号转换成电压信号。如实验接线图49中所示。在图49中,当VREF接+5V（或l 5V）时,输出电压范围是0 -5V（或0 +5V）。如果VREF接+10V（或-l0V）时,输出电压范围是0 -10V（或0 +10V）。图49 DAC0832实验测试接线图 DAC0832通常和计算机系统相连进行有关操作,本实验中仅用直通工作方式进行实验,来研究DAC0832的某些功能特点。2.模数（A / D）转换所谓模数（A / D）转换,就是把模拟量信号转换成数字量信号。A / D转换的方法很多,本实验中用到的是逐次逼近式A / D转换集成块,其原理图如图50所示。它是将一个待转换的模拟信号Vi,与一个“推测”的数字信号经D / A转换成VI相比较,根据“推测”信号是大于还是小于输入信号,即比较器输出0或1来决定减小还是增大该“推测”信号。然后,再进行比较,以便向模拟输入信号逐渐逼近。“推测”信号是从二进制的最高位起,依次置1,逐位比较,直到最后一位。D / A的数字输入即对应输入模拟量,为A / D的输出,图50中,START为启动转换信号输入端,EOC为转换完成信号输出端。图50 逐次逼近式A / D转换器ADC0809是8位A / D转换器,它的转换方法为逐次逼近法。ADC0809为CMOS工艺,其管脚为28脚,管脚排列如图51所示。各个管脚的功能如下：Ino IN7：八个模拟量输入端。START：启动A / D转换,当START为高电平时,开始A / D转换。EOC：转换结束信号。当A / D转换完毕之后,发出一个正脉冲,表示A / D转换结束,此信号可用做A / D转换是否结束的检测信号或中断申请信号（加一个反相器）。C、B、A：通道号地址输入端,C、B、A为二进制数输入,C为最高位,A为最低位,CBA从000111分别选中通道IN0 IN7。ALE：地址锁存信号,高电平有效。当ALE为高电平时,允许C、B、A所示的通道被选中,并把该通道的模拟量接入A / D转换器。CLOCK：外部时钟脉冲输入端,改变外接R、C可改变时钟频率。D7D0：数字量输出端。VREF（+）,VREF（）：参考电压端子,用来提供D / A转换器权电阻的标准电平。一般 VREF(+)=5V,VREF（）= 0VVcc：电源电压,+5V。GND：接地端。图51 ADC0809管脚排列图ADC0809可以进行八路A / D转换,并且这种器件使用时无需进行调零和满量程调整,转换速度和精度属中高档,售价又不贵。所以,一般控制场合采用这些ADC0809（或0800 系列）的A / D转换片是比较理想的。三、实验内容与步骤1.数模（D / A）转换把DAC0832、A741 等插入IC空插座中,按图49接线,不包括虚线框内。即D7 D0接实验系统的数据开关,CS、XFER、WR1、WR2均接0,AGND和DGND相连接地,ILE接+5V,参考电压接+5V,运放电源为15V,调零电位器为10K。（1）接线检查无误后,置数据开关D7 D0为全0,接通电源,调节运放的调零电位器,使输出电压Vo=0。（2）再置数据开关全1,调整Rf,改变运放的放大倍数,使运放输出满量程。（3）数据开关从最低位逐位置1,并逐次测量模拟电压输出V0填入表21中。（4）再将用74LS161触发器构成的二进制计数器对应的4位输出Q4、Q3、Q2、Q1分别接DAC0832的D7、D6、D5、D4,低四位接地（这时和数据开关相连的线全部断开）。（5）输入CP脉冲,用示波器观测并记录输出电压的波形。（6）如计数器输出改接到DAC的低四位,高四位接地,重复上述实验步骤,结果又如何?（7）采用八位二进制计数器,再进行上述实验。表21实验记录输入数字量D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0实测值理论值0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 12.模数（A / D）转换（1）将ADC0809IC芯片插入IC空插座中,按图52接线。其中D7 Do分别接八只发光二极管LED,CLK接连续脉冲,地址码A、B、C接数据开关或计数器输出,其余的按图52接线。（2）接线完毕,检查无误后,接通电源。调CP脉冲至最高频（频率大于1kHZ以上）,再置数据开关为000,调节Rw,并用万用表测量Vi为4V,再按一次单次脉冲（注意单脉冲接START端,平时处于电平,开始转换时为1）,观察输出D7 D0发光二极管（LED显示）的值,并记录下来。（3）再调节RW,使Vi为+3V,按按一下单次脉冲,观察输出D7 D0的值,并记录下来。图52 ADC0809实验原理接线图（4）按上述实验方法,分别调Vi为2V、1V、0.5V、0.2V、0.lV、0V进行实验,观察并记录每次输出D7 D0的状态。（5）调节Rw,改变输入Vi,使D7 D0全1时,测量这时的输入转换电压值为多少。（6）改变数据开关值为001,这时将Vi从IN0改接到IN1输入,再进行从（2）（5）的实验操作。（7）按（6）办法,可分别对其余的六路模拟量输入进行测试。（8）将C、B、A三位地址码接至计数器（计数器可用JK、D触发器构成或用74LS161）的三个输出端,再分别置IN0 IN7电压为0V、0.lV、0.2V、0.5V、lV、2V、3V、4V,单次脉冲接START,并将平时