电气测试系统ch2.2

1、12.2 2.2 模拟输出通道模拟输出通道NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理2 测控系统的测控系统的信号输出通道信号输出通道的类型的类型 1 1、数字信号输出通道、数字信号输出通道 2 2、模拟信号输出通道、模拟信号输出通道 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理3数字信号输出通道数字信号输出通道的功能的功能 1 1、测量结果的、测量结果的数字显示数字显示（LEDLED、LCDLCD显示、显示、CRTCRT显显示示）； 2 2、测量结果的、测量结果的数字记录数字记录( (数字磁记录或光记录、数字磁记录或光记录、打印纸记录等打印纸记录等) )； 3

2、 3、测量结果的、测量结果的数据传输数据传输。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理4模拟信号输出通道模拟信号输出通道的功能的功能1 1、测量系统、测量系统 模拟信号输出通道是将模拟信号输出通道是将测量获得的数据测量获得的数据转换成转换成模拟信号并经必要信号调理后送到模拟信号并经必要信号调理后送到模拟显示器模拟显示器或或模模拟记录装置拟记录装置形成测量信号的模拟显示或模拟记录。形成测量信号的模拟显示或模拟记录。 2 2、控制系统、控制系统 模拟输出通道的输出模拟信号主要用于对模拟输出通道的输出模拟信号主要用于对连续连续变量的执行机构变量的执行机构进行进行驱动驱动，完成序

3、列控制动作。，完成序列控制动作。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理5模拟输出通道的设计模拟输出通道的设计一、模拟输出通道的基本理论一、模拟输出通道的基本理论二、模拟输出通道的基本结构二、模拟输出通道的基本结构 三、模拟输出通道组成电路的选用三、模拟输出通道组成电路的选用 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理6一、模拟输出通道的基本理论一、模拟输出通道的基本理论 1 1、零阶保持与平滑滤波、零阶保持与平滑滤波 2 2、保持周期的确定、保持周期的确定 3 3、数字自动增益控制、数字自动增益控制(AGC)(AGC) NUST自动化学院自动化学院电气测

4、试系统原理电气测试系统原理71 1、零阶保持与平滑滤波、零阶保持与平滑滤波 模拟信号数字化一般包括以下三个环节：模拟信号数字化一般包括以下三个环节： 1 1、采样：采样：由由采样开关采样开关或或多路开关多路开关完成的；完成的； 2 2、量化：量化：由由A/DA/D转换器完成转换器完成 3 3、编码：编码：由由A/DA/D转换器完成转换器完成 模拟信号数字化，实际上只包括模拟信号数字化，实际上只包括采样采样和和A/DA/D转换转换两道环节。两道环节。 相应的，如果要从控制器中输出的数字信号序相应的，如果要从控制器中输出的数字信号序列列恢复恢复出模拟信号也必须经过两个与上述过程相反出模拟信号也必须

5、经过两个与上述过程相反的环节，即：的环节，即： 1 1、D/AD/A转换转换 2 2、保持保持NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理8保持的内容及实现保持的内容及实现 保持保持的内容的内容： 将信号的将信号的当前值当前值维持其大小至下一个周期。维持其大小至下一个周期。 保持保持的实现的实现： 采用各种类型的信号保持器。采用各种类型的信号保持器。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理9保持保持与与采样采样的特点：的特点： 1 1、保持保持是与是与采样采样相反的过程相反的过程 2 2、模拟信号数字化所得到的数据是模拟信号在各个采、模拟信号数字化所得到的数

6、据是模拟信号在各个采样时刻样时刻瞬时幅值瞬时幅值的的A/DA/D转换结果。转换结果。 3 3、A/DA/D转换结果再经过转换结果再经过D/AD/A转换后，也只能得到模拟信转换后，也只能得到模拟信号号各采样时刻各采样时刻近似幅值近似幅值( (且与原幅值存在一定的量化误差且与原幅值存在一定的量化误差) )。 4 4、D/AD/A转换后，得到了模拟信号波形上的若干非连续的转换后，得到了模拟信号波形上的若干非连续的采样点的值，采样点的值，并不能得到在时间上连续存在并不能得到在时间上连续存在的波形。的波形。 5 5、下级电路的驱动往往需要连续信号。、下级电路的驱动往往需要连续信号。NUST自动化学院自动

7、化学院电气测试系统原理电气测试系统原理10保持的方式保持的方式保持方法：保持方法： 在模拟输出通道中，为获得时间上连续的模拟在模拟输出通道中，为获得时间上连续的模拟信号，就必须采用一定的方法来填补相邻采样点之信号，就必须采用一定的方法来填补相邻采样点之间的空白。这就是间的空白。这就是保持的实现保持的实现。 1 1、这种连接两个点来获得连续的模拟信号的这种连接两个点来获得连续的模拟信号的保保持方法持方法，一般而言，有很多种方法，如，用，一般而言，有很多种方法，如，用折线折线、直线直线、抛物线抛物线等：等： 2 2、最常用也最简单最容易实现的两种方法就是、最常用也最简单最容易实现的两种方法就是一阶

8、保持一阶保持及及零阶保持零阶保持：NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理11一阶保持一阶保持及及零阶保持零阶保持的实现的实现根据实现时采用方程的根据实现时采用方程的阶次阶次来定义：来定义： 一阶保持：一阶保持：把相邻采样点之间用直线连接起把相邻采样点之间用直线连接起来，如图来，如图a a： 零阶保持：零阶保持：把每个采样点的幅值保持到下一个把每个采样点的幅值保持到下一个采样点，如图采样点，如图b b；NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理12零阶保持的实现零阶保持的实现 零阶保持结构简单，便于硬件实现，这儿以零零阶保持结构简单，便于硬件实现，这儿以零

9、阶保持器为例进行说明。阶保持器为例进行说明。 零阶保持电路的实现方式：零阶保持电路的实现方式： 数字保持方式数字保持方式 模拟保持方式模拟保持方式 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理13数字保持方式数字保持方式 在在D/AD/A转换前转换前加一个加一个寄存器寄存器( (D/AD/A或外电路中或外电路中) )，各采样点的数据在该寄存器中一直保存到本路信号各采样点的数据在该寄存器中一直保存到本路信号的下个采样点数据到来为止，的下个采样点数据到来为止，D/AD/A转换器输出不是转换器输出不是离离散的脉冲电压而是连续的台阶电压散的脉冲电压而是连续的台阶电压，如图：如图： 上述

10、电路中上述电路中，也可采用一也可采用一公用的公用的D/AD/A转换器，转换器，此此时时电路输出会有时间上延时，不能达到同步输出。电路输出会有时间上延时，不能达到同步输出。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理14模拟保持方式模拟保持方式 在在公用的公用的D/AD/A之后每路加一个采样保持器，采之后每路加一个采样保持器，采样样保持器将保持器将D/AD/A转换器输出的电压转换器输出的电压保持到本路信号的保持到本路信号的下下一个采样电压产生一个采样电压产生时为止，采样保持器输出波形也时为止，采样保持器输出波形也是连续的台阶电压。如下图：是连续的台阶电压。如下图： NUST自动

11、化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理15模拟模拟及及数字数字保持方式的特点保持方式的特点： 1 1、数字保持法保持数字信号，模拟保持法保持、数字保持法保持数字信号，模拟保持法保持模拟电压信号；模拟电压信号； 2 2、对于模拟保持方式，采样保持器的、对于模拟保持方式，采样保持器的保持电容保持电容有漏电有漏电，因此保持电压会发生，因此保持电压会发生跌落跌落； 3 3、对于数字保持方式，数据寄存器在保持期间、对于数字保持方式，数据寄存器在保持期间数据不会变化；数据不会变化； NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理16 4 4、模拟保持的电路结构比数字保持的电路结构、

12、模拟保持的电路结构比数字保持的电路结构简单，成本较低；简单，成本较低； 5 5、对于单通道的电路，采用数字保持的方式将、对于单通道的电路，采用数字保持的方式将优于采用模拟保持方式；优于采用模拟保持方式； NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理17平滑滤波平滑滤波 多数的实际控制系统中，多数的实际控制系统中，执行机构往往需要连续的模拟执行机构往往需要连续的模拟信号来驱动信号来驱动，通道最终输出的模拟信号都具有连续特性的平，通道最终输出的模拟信号都具有连续特性的平滑信号，如滑信号，如f(tf(t) )。 实际实际零阶保持器输出零阶保持器输出波形如图实线所示阶梯形波形如图实线所

13、示阶梯形状，状，有必要在有必要在D/AD/A转换后转换后( (或零阶保持器输出以后或零阶保持器输出以后) )的的电路中，设计合适电路，电路中，设计合适电路，得到具有平滑输出的控制得到具有平滑输出的控制信号，满足系统输出要求。信号，满足系统输出要求。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理18平滑滤波的功能：平滑滤波的功能： 为获得如上图中为获得如上图中f(t)f(t)的光滑输出曲线，通常在的光滑输出曲线，通常在电路中，在零阶保持器后加上合适的平滑滤波器。电路中，在零阶保持器后加上合适的平滑滤波器。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理19平滑滤波器的

14、设置平滑滤波器的设置 通常取通常取平滑滤波器的截止频率平滑滤波器的截止频率f fh h等于信号最高等于信号最高频率频率f fc c且等于保持频率的四分之一且等于保持频率的四分之一，即下式成立：，即下式成立： 根据频谱分析，零阶保持器后接平滑滤波器，根据频谱分析，零阶保持器后接平滑滤波器，基本上可以从基本上可以从D/AD/A转换器输出的离散脉冲序列中恢转换器输出的离散脉冲序列中恢复复出光滑的信号波形出光滑的信号波形f(t)f(t)。 SSChTfff414NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理202 2、保持周期的确定、保持周期的确定 假设电路中共有假设电路中共有m m路模

15、拟信号输出通道，微机每路模拟信号输出通道，微机每隔时间隔时间t t0 0送出一个数据到输出通道，送出一个数据到输出通道，那么，对于前那么，对于前述的两种零阶保持电路，其述的两种零阶保持电路，其保持周期保持周期T TS S都为：都为： T TS S = m = m t t0 0NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理21保持周期对输出波形的影响保持周期对输出波形的影响 1 1、如果模拟信号输出通道中设定的保持周期、如果模拟信号输出通道中设定的保持周期T TS S，与模拟信号输入通道中设定的采样周期与模拟信号输入通道中设定的采样周期T T相等相等，即：即： T TS S = T

16、 = T 那么在输出通道中，经零阶保持和平滑滤波后那么在输出通道中，经零阶保持和平滑滤波后恢复出来的模拟信号的波形恢复出来的模拟信号的波形f f0 0(t)(t)，从理论上与输入从理论上与输入通道中被采样的模拟信号波形通道中被采样的模拟信号波形f(t)f(t)是相同的，即是相同的，即 f f0 0(t) = (t) = f(tf(t) )NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理22保持周期对输出波形的影响保持周期对输出波形的影响 2 2、保持周期与采样周期保持、保持周期与采样周期保持固定比例关系固定比例关系，即，即 T TS S / T = a ( / T = a (常数常

17、数) ) 恢复出来的模拟信号应为恢复出来的模拟信号应为：f f0 0(t) = (t) = f(tf(t/a)/a)也即输出波形与输入波形也即输出波形与输入波形f(t)f(t)的形状是相似的，只的形状是相似的，只不过时间轴刻度不同罢了。不过时间轴刻度不同罢了。 对波形显示并无影响。但是如果是语音回放，对波形显示并无影响。但是如果是语音回放，则应要求则应要求a a1 1，否则将产生声音的音调变化，即否则将产生声音的音调变化，即 a1a1会使音调变低，会使音调变低，a1a1会使音调变高。会使音调变高。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理23二、模拟输出通道的基本结构二、模

18、拟输出通道的基本结构 模拟输出通道的组成：模拟输出通道的组成： 1 1、输出数据寄存器输出数据寄存器 2 2、D DA A转换器转换器 3 3、调理电路调理电路 如下图所示：如下图所示： NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理24模拟信号输出通道的基本结构模拟信号输出通道的基本结构 模拟输出通道的分类，按信号输出路数来分：模拟输出通道的分类，按信号输出路数来分： 1 1、单通道输出、单通道输出( (如上图所示如上图所示) ) 2 2、多通道输出、多通道输出 多通道的输出结构：多通道的输出结构：是在单通道输出结构的基础上演变是在单通道输出结构的基础上演变而成的，主要包括以下

19、三种：而成的，主要包括以下三种： 1 1、数据分配分时转换结构、数据分配分时转换结构 2 2、数据分配同步转换结构、数据分配同步转换结构 3 3、模拟分配分时转换结构、模拟分配分时转换结构 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理251 1、数据分配分时转换结构、数据分配分时转换结构数据分配分时转换数据分配分时转换结构如下图所示：结构如下图所示： NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理26数据分配分时转换结构的特点数据分配分时转换结构的特点 1)1)每个输出通道各配置一个数据寄存器和每个输出通道各配置一个数据寄存器和D/AD/A转换器，经转换器，经微机

20、处理后的数据通过数据总线，分时选通送至各个通道数微机处理后的数据通过数据总线，分时选通送至各个通道数据寄存器；据寄存器； 2)2)当第当第i i路数据寄存器选通的同时，第路数据寄存器选通的同时，第i i路路D/AD/A即实现数字即实现数字信号到模拟信号的转换。信号到模拟信号的转换。( (寄存器往往在寄存器往往在DACDAC内部内部) ) 3) 3)各通道在各通道在D/AD/A转换之后，一般都设有转换之后，一般都设有信号调理电路信号调理电路，使，使输出模拟信号满足模拟仪表或控制元件的要求。输出模拟信号满足模拟仪表或控制元件的要求。 4)4)分时输出结构由于各通道输出的模拟信号分时输出结构由于各通

21、道输出的模拟信号存在时间偏存在时间偏斜斜，不适合于要求多参量同步控制执行机构的系统。，不适合于要求多参量同步控制执行机构的系统。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理272 2、数据分配同步转换结构、数据分配同步转换结构 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理28数据分配同步转换结构数据分配同步转换结构的特点的特点 1)1)多路输出通道中多路输出通道中D/AD/A转换器的操作是同步进行转换器的操作是同步进行的，信的，信号号可以同时到达记录仪器或执行部件。可以同时到达记录仪器或执行部件。 2)2)在各数据寄存器在各数据寄存器R1R1与与D/AD/A转换

22、器之间增设了一个数据寄转换器之间增设了一个数据寄存器存器R2R2。 3)3)数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄存器存器R1R1接收，然后在同一命令控制下将数据由接收，然后在同一命令控制下将数据由R1R1传送到传送到R2R2，同时进行同时进行D/AD/A转换并输出模拟量。转换并输出模拟量。( (R1R1、R2R2在在DACDAC内，也可采内，也可采用用2 2级缓冲的外接电路级缓冲的外接电路) ) 4) 4)各通道输出的模拟信号各通道输出的模拟信号不存在时间偏斜不存在时间偏斜，主机分时送，主机分时送出的各信号之间的时间差，由第二个数据寄存器

23、的同步作用出的各信号之间的时间差，由第二个数据寄存器的同步作用所消除。所消除。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理293 3、模拟分配分时转换结构、模拟分配分时转换结构NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理30模拟分配分时转换结构的特点模拟分配分时转换结构的特点 1)1)各各通道共用通道共用一个一个D/AD/A转换器和一个数据寄存器。转换器和一个数据寄存器。 2)2)微机处理后的数据通过数据总线依通道微机处理后的数据通过数据总线依通道顺序分时传送至顺序分时传送至数据寄存器并进行数据寄存器并进行D/AD/A转换转换，产生相应通道的模拟输出值。，产生

24、相应通道的模拟输出值。 3)3)微机输出在第微机输出在第i i道数据给道数据给D/AD/A转换器进行转换器进行D/AD/A转换的同转换的同时，微机也命令第时，微机也命令第i i道的采样保持器进入采样状态；道的采样保持器进入采样状态； 4)4)在该通道在该通道D/AD/A转换完成准备接收下一道数据进行转换完成准备接收下一道数据进行D/AD/A转换转换时，微机让该通道采样保持器进入保持状态。时，微机让该通道采样保持器进入保持状态。 5)5)只有正在进行只有正在进行D/AD/A转换的那一通道的采样保持器是采样转换的那一通道的采样保持器是采样状态，而其它通道的采样保持器都处于保持状态状态，而其它通道的

25、采样保持器都处于保持状态。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理31模拟输出通道结构的分类模拟输出通道结构的分类 数字保持数字保持方案；方案；分时转换结构分时转换结构与与同步转换结构同步转换结构； 模拟保持模拟保持方案：方案： 如上图所示如上图所示。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理324 4、通道结构方案选择的特点、通道结构方案选择的特点 1)1)、性能因素；、性能因素； 2)2)、成本因素：、成本因素： NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理33性能因素性能因素模拟分配方案的特点：模拟分配方案的特点： 1 1、受、受存

26、储电容漏电存储电容漏电因素的影响，通道因素的影响，通道输出的稳输出的稳定性不易做得很好定性不易做得很好； 2 2、由于、由于存储电容的积分平滑存储电容的积分平滑作用，通道的输出作用，通道的输出不会出现大幅度的突跳现象。不会出现大幅度的突跳现象。 3 3、只使用一个高质量的、只使用一个高质量的DACDAC，因此整个通道的因此整个通道的成本较低。成本较低。 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理34数字分配方案的特点：数字分配方案的特点： 1 1、电路比较复杂，所以成本较高；、电路比较复杂，所以成本较高； 2 2、通道的输出、通道的输出存在突跳现象存在突跳现象。 3 3、输出

27、十分稳定输出十分稳定，输出电压，输出电压( (或电流或电流) )的精度和的精度和平滑程度仅由平滑程度仅由DACDAC的线性误差和分辨力决定。的线性误差和分辨力决定。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理35成本因素成本因素 1 1、对中等分辨力、对中等分辨力(8 (8位到位到1010位位) ) 的的DACDAC，由于价由于价格较低，采用数据分配方案格较低，采用数据分配方案( (如可选用具有双缓冲输如可选用具有双缓冲输入寄存器的入寄存器的1010位位DACDAC，如，如AD7522)AD7522)能获得较好的性能获得较好的性能，而成本与模拟分配方案不相上下。能，而成本与模拟

28、分配方案不相上下。 2 2、对于采用高分辩率、对于采用高分辩率(10(10位至位至1212位位)DAC)DAC的模拟的模拟输出通道，模拟分配方案在目前看来还占有成本比输出通道，模拟分配方案在目前看来还占有成本比较低的优势。较低的优势。 3 3、高于、高于1212位的输出通道由于当前存储电容的位的输出通道由于当前存储电容的介介质吸附效应指标不够理想质吸附效应指标不够理想，要使，要使S/HS/H满足满足高分辨力高分辨力和和高速度高速度的要求还比较困难，因此虽然成本较高，仍的要求还比较困难，因此虽然成本较高，仍然必须采用同步转换结构的方案。然必须采用同步转换结构的方案。NUST自动化学院自动化学院电

29、气测试系统原理电气测试系统原理36 4 4、当负载位置非常分散时，不宜采用同步转换、当负载位置非常分散时，不宜采用同步转换结构的方案：并行传输所用电缆数目多，成本高。结构的方案：并行传输所用电缆数目多，成本高。 5 5、为了减少数据传输线的数目，微机最好采用、为了减少数据传输线的数目，微机最好采用串行传输把数据，在地址指令控制下把串行数据变串行传输把数据，在地址指令控制下把串行数据变换为并行数据，接着刷新指令，控制该通道的输入换为并行数据，接着刷新指令，控制该通道的输入寄存器寄存器R2R2从缓冲寄存器从缓冲寄存器R1R1中并行取入数据进行中并行取入数据进行D D/ /A A转换。转换。NUST

30、自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理37三、模拟输出通道组成电路的选用三、模拟输出通道组成电路的选用 模拟输出通道通常由以下三部分电路组成：模拟输出通道通常由以下三部分电路组成： 1 1、D/AD/A转换器转换器 2 2、反多路开关反多路开关和和采样保持器采样保持器 3 3、调理电路调理电路 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理381 1、D/AD/A转换器转换器 D/AD/A转换器是模拟信号输出通道的第一道环节，转换器是模拟信号输出通道的第一道环节，也是必不可少的核心环节。也是必不可少的核心环节。 选用选用D/AD/A转换器时，一般涉及到以下一些问题：

31、转换器时，一般涉及到以下一些问题： 1 1、D/AD/A转换的位数；转换的位数； 2 2、D/AD/A转换的速度；转换的速度； 3 3、输入数据的格式；输入数据的格式； 4 4、输入逻辑电平的形式；输入逻辑电平的形式； NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理39(1) D/A(1) D/A位数的确定位数的确定 模拟信号输出通道中所用模拟信号输出通道中所用D/AD/A转换器的位数取决于转换器的位数取决于输出输出模拟信号所需要的动态范围模拟信号所需要的动态范围。 a a、如果输出通道是为不失真再现模拟输入信号如果输出通道是为不失真再现模拟输入信号( (例如语例如语音回放音回放

32、) )，那么输出通道所用，那么输出通道所用D/AD/A的位数应与输入通道中所用的位数应与输入通道中所用A/DA/D的位数相同。的位数相同。 b b、如果输出通道只是为了形成监视波形，那么选如果输出通道只是为了形成监视波形，那么选5757位位D/AD/A就够了，但在就够了，但在D/AD/A转换之前须进行数字转换之前须进行数字AGCAGC控制。控制。 c c、如果输出通道只是驱动指针式仪表，那么仪表精度如果输出通道只是驱动指针式仪表，那么仪表精度指标指标 应与应与D/AD/A位数位数n n相匹配，即满足下式：相匹配，即满足下式： n 2NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理4

33、0d d、在开环控制系统中，若模拟执行元件的分辨力电压为在开环控制系统中，若模拟执行元件的分辨力电压为V VTHTH，它所需要的控制信号的最大摆幅为它所需要的控制信号的最大摆幅为V VMAXMAX，则用来提供这一则用来提供这一模拟信号的模拟信号的DACDAC的位数应该满足下式：的位数应该满足下式： e e、在闭环控制系统中，在任一时刻在闭环控制系统中，在任一时刻DACDAC输出的是误差信号，输出的是误差信号，因此，对其分辨力的要求比开环系统低，其位数主要根据因此，对其分辨力的要求比开环系统低，其位数主要根据系统要求的线性范围来确定。根据经验，一般系统要求的线性范围来确定。根据经验，一般比所用的

34、比所用的ADCADC位数少两位位数少两位就能满足要求。就能满足要求。f f、如果负载并没有明确要求，通常取如果负载并没有明确要求，通常取DACDAC位数等于系统输位数等于系统输出数字的位数出数字的位数( (8 8位处理器位处理器) )。 THnVVmax2 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理41(2) (2) 数字输入特性数字输入特性 D/AD/A转换器的转换器的数字输入特性数字输入特性包括：包括： 接收数码的接收数码的码制码制、数据格式数据格式以及以及逻辑电平逻辑电平等。等。 码制：码制： D/AD/A转换器芯片一般都只能接收转换器芯片一般都只能接收自然二进制码自然

35、二进制码。 当输人数字代码为偏移二进制码或当输人数字代码为偏移二进制码或2 2的补码等双极性数的补码等双极性数码时，应外接适当的偏置电路后才能实现双极性码时，应外接适当的偏置电路后才能实现双极性D DA A转换。转换。 数据格式：数据格式： 输输入入数据格式一般为数据格式一般为并行码并行码，对于芯片内部配置有移位，对于芯片内部配置有移位寄存器的寄存器的D/AD/A转换器，可以接收串行码输入。转换器，可以接收串行码输入。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理42逻辑电平逻辑电平 a a、不同的不同的D/AD/A芯片输入逻辑电平要求不同。芯片输入逻辑电平要求不同。 b b、对

36、于固定阈值电平的对于固定阈值电平的D/AD/A转换器一般只能和转换器一般只能和TTLTTL或低压或低压CMOSCMOS电路相连；电路相连； c c、逻辑电平可变的逻辑电平可变的D/AD/A转换器可以满足与转换器可以满足与TTLTTL、高低压高低压CMOSCMOS、PMOSPMOS等各种器件直接连接的要求。等各种器件直接连接的要求。 这些器件往往为此设置了这些器件往往为此设置了“逻辑电平控制逻辑电平控制”或或者者“阈值电平控制端阈值电平控制端”，用户要按手册规定，通过，用户要按手册规定，通过外电路给这一端以合适的电平才能工作。外电路给这一端以合适的电平才能工作。NUST自动化学院自动化学院电气测

37、试系统原理电气测试系统原理43(3) (3) 模拟输出特性模拟输出特性 a a、多数多数D/AD/A转换器件转换器件属电流输出器件属电流输出器件。 手册上通常给出在规定参考电压及参考电阻之手册上通常给出在规定参考电压及参考电阻之下的满码下的满码( (全全1) 1)输出电流输出电流I I0 0。另外还给出最大输出短另外还给出最大输出短路电流以及输出电压允许范围。路电流以及输出电压允许范围。 大部分大部分D/AD/A转换器后接转换器后接高速高速运放电路运放电路 电压输出：电压输出：AD558AD558、DAC7612DAC7612 NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理44

38、b b、输出允许电压、输出允许电压 D/AD/A转换器输出电压允许范围表示由输出电路转换器输出电压允许范围表示由输出电路( (包括简单电阻负载或者运算放大器电路包括简单电阻负载或者运算放大器电路) )造成输出造成输出端电压的可变动范围。端电压的可变动范围。 只要输出端的电压小于输出电压允许范围，输只要输出端的电压小于输出电压允许范围，输出电流和输入数字之间就会保持正确的转换关系，出电流和输入数字之间就会保持正确的转换关系，而与输出端的电压大小无关。而与输出端的电压大小无关。 c c、电流输出端应保持公共端电位或虚地，否则电流输出端应保持公共端电位或虚地，否则将破坏转换关系。将破坏转换关系。NU

39、ST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理45(4) (4) 锁存特性及转换控制锁存特性及转换控制 D/AD/A转换器对输入数字量转换器对输入数字量是否具有锁存功能是否具有锁存功能将将直接影响与直接影响与CPUCPU的的接口设计接口设计。 DACDAC与与CPUCPU接口设计的注意点：接口设计的注意点： 1 1、如果、如果D/AD/A转换器没有输入锁存器，通过转换器没有输入锁存器，通过CPUCPU数数据总线传送数字量时，据总线传送数字量时，必须外加锁存器必须外加锁存器，否则只能，否则只能通过具有输出锁存功能的通过具有输出锁存功能的I/OI/O口给口给D/AD/A送入数字量。送入数

40、字量。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理46 2 2、部分、部分D/AD/A转换器并不对锁存的输入的数字量转换器并不对锁存的输入的数字量立立即进行即进行D/AD/A转换，只有在转换，只有在外部施加了转换控制信号外部施加了转换控制信号后后才开始转换和输出。才开始转换和输出。 3 3、具有输入锁存及转换控制功能的、具有输入锁存及转换控制功能的DACDAC，在，在CPUCPU分时控制多路分时控制多路D/AD/A输入时，可以做到多路输入时，可以做到多路D/AD/A转换转换的的同步输出同步输出，如图如图( (同步转换结构同步转换结构) )所示。所示。 (0832)(0832)N

41、UST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理47(5) (5) 参考源参考源 D/AD/A转换器中，转换器中，参考电压源参考电压源是是惟一惟一影响输出结果影响输出结果的模拟参量，是的模拟参量，是D/AD/A转换接口中的重要电路；转换接口中的重要电路； 电压基准的选择：电压基准的选择： 1 1、由于基准电压源对接口电路的工作性能、电、由于基准电压源对接口电路的工作性能、电路的结构有很大影响。使用路的结构有很大影响。使用内部带有低漂移精密参内部带有低漂移精密参考电压源考电压源的的DAC(AD563/565A)DAC(AD563/565A)，不仅能保持较好的，不仅能保持较好的转换精度，

42、而且可以简化接口电路。转换精度，而且可以简化接口电路。 2 2、对只外接基准电压的、对只外接基准电压的D/AD/A转换电路，选择转换电路，选择稳稳定性好、温漂系数小定性好、温漂系数小的电压基准，并设计必要的稳的电压基准，并设计必要的稳压电路。压电路。NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理482、调理电路 模拟信号输出通路中的调理电路的组成：模拟信号输出通路中的调理电路的组成： 1) 1)滤波、滤波、 2) 2)电压电压/ /电流转换电流转换 3) 3)放大放大 调理电路并不是必不可少的，取决于输出通道调理电路并不是必不可少的，取决于输出通道负载的要求。负载的要求。NUST

43、自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理49(1)(1)滤波器滤波器 如果输出通道负载要求较为如果输出通道负载要求较为平滑的电压输出平滑的电压输出，例如，要显示连续光滑的信号波形，则例如，要显示连续光滑的信号波形，则DACDAC输出端输出端不不仅要接仅要接S/HS/H，而且而且S/HS/H之后还要接之后还要接平滑滤波器平滑滤波器。平滑。平滑滤波器应为低通滤波器，截频滤波器应为低通滤波器，截频f fh h应满足下式：应满足下式： 上式中，保持周期上式中，保持周期T TS S由下式决定：由下式决定： SchTff410mtTSNUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原理

44、50平滑滤波器设置的前提：平滑滤波器设置的前提： 1 1、有些数据采集系统，为、有些数据采集系统，为尽可能多地保留信号尽可能多地保留信号信息信息，模拟输入通道中设置的，模拟输入通道中设置的滤波器通频带很宽滤波器通频带很宽，难免混入各种干扰。在信号回放时，为难免混入各种干扰。在信号回放时，为突出有效信突出有效信号压制干扰信号号压制干扰信号，通常在模拟输出通道中设置，通常在模拟输出通道中设置通频通频带很窄的滤波器带很窄的滤波器，以滤除低频干扰和高频干扰。，以滤除低频干扰和高频干扰。( (例例如数字地震仪：主要是把地震信号不失真地以数字如数字地震仪：主要是把地震信号不失真地以数字形式记录下来形式记录下来) ) NUST自动化学院自动化学院电气测试系统原理电气测试系统原