任务三模拟量输出通道

1、单击此处编辑母版标题样式2022-3-221 单击此处编辑母版副标题样式任务三 模拟量输出通道【教学内容教学内容】基本内容：模拟量输出通道的组成结构、D/A转换器工作原理、性能指标 、结构特性、典型D/A转换器- DAC0832。 重点：模拟量输出通道的结构、典型D/A转换器- DAC0832 。难点：模拟量输出通道的结构、典型D/A转换器- DAC0832 。单击此处编辑母版标题样式2022-3-222 单击此处编辑母版副标题样式【教学目的、要求教学目的、要求】掌握模拟量输出通道的组成；掌握D/A转换器的工作原理、性能指标；掌握单极性/双极性输出；了解DAC0832的工作方式。单击此处编辑母

2、版标题样式2022-3-223 单击此处编辑母版副标题样式 模拟量输出通道的任务：模拟量输出通道的任务：把计算机处理后的数把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的的执行器，从而达到控制的目的; ; 单击此处编辑母版标题样式2022-3-224 单击此处编辑母版副标题样式一、模拟量输出通道的结构 模拟量输出通道的结构由接口电路、寄存器、DA转换器和放大变换电路组成。1、单路模拟量输出通道单击此处编辑母版标题样式2022-3-225 单击此处编辑母版副标题样式寄存器寄存器：保存计算机输出的数字量，既可

3、以在接口电路中，也可以在D/A芯片中。放大变换电路放大变换电路：将输出信号进行功率放大或转换。因为D/A转换器输出的模拟信号往往无法直接驱动执行机构，需要进行适当的放大或转换。组成组成部分部分D/A转换器转换器：是核心部件。将计算机输出的数字量转换成模拟量。有电流和电压两种形式。单击此处编辑母版标题样式2022-3-226 单击此处编辑母版副标题样式 在实际计算机控制系统中，模拟量输出参数是多个，这时模拟量输出通道是多路的。此情况下会存在一个什么问题？2、多路模拟量输出通道 在控制量更新之前，如何保证本次的控制信号不变。保持。数字量的保持和模拟量的保持。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2

4、27 单击此处编辑母版副标题样式接口电路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a) 多D/A结构PC总线特点：特点：1、一路输出通道使用一个一路输出通道使用一个D/A转换器；转换器； 2 2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据转换器芯片内部一般都带有数据锁存器；锁存器； 3 3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用；保持作用； 4 4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立；独立； 5 5、 缺点是所需缺点是所需D/A转换器芯片转换器芯片较多。较多。单击此处编辑母版标题样式2022

5、-3-228 单击此处编辑母版副标题样式接口电路通道 1通道nD/AV/IV/I多路开关采样保持器采样保持器（b）共享D/A结构PC总线特点：特点：1、多路输出通道共用一个多路输出通道共用一个D/A转换器；转换器； 2 2、每一路通道都配有一个采样保持、每一路通道都配有一个采样保持放大器；放大器； 3 3、 D/A转换器只起数字到模拟信号的转换转换器只起数字到模拟信号的转换作用；作用； 4 4、采样保持器实现模拟信号保持、采样保持器实现模拟信号保持功能；功能； 5 5、节省、节省D/A转换器，转换器，但电路复杂，精度差，可靠但电路复杂，精度差，可靠低、占用主低、占用主机机时间。时间。单击此处编

6、辑母版标题样式2022-3-229 单击此处编辑母版副标题样式（一）工作原理二、D/A转换器+A-数数 字字 量量 输输 入入TUOV基基 准准电电 压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R电 阻 网 络 图图 3-2 D/A 转 换 器 原 理 框 图R2D3D0D运运 算算 放放 大大 器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb现以 4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2210 单击此处编辑母版副标题样式若D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”

7、端相连。根据电流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVRVI4REF3REF32221REF040= 222IVIXR+A-数数字字量量输输入入TUOV基基准准电电压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R电阻网络 图图 3-2 D/A 转换器 原理框图R2D3D0D运运算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb单击此处编辑母版标题样式2022-3-2211 单击此处编辑母版副标题样式+A-数数字字量量输输入入TUOV基基准准电电压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERV

8、bfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R电阻网络 图图 3-2 D/A 转换器 原理框图R2D3D0D运运算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb由于开关 BS3BS0的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0控制。可以得到通式：00112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(11单击此处编辑母版标题样式2022-3-2212 单击此处编辑母版副标题样式+A-数数字字量量输输入入TUOV基基准准电电压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R电阻网络 图图

9、3-2 D/A 转换器 原理框图R2D3D0D运运算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb反相放大器，反相端为虚地，故：OUTRfbII选取 Rfb =R ，可以得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf单击此处编辑母版标题样式2022-3-2213 单击此处编辑母版副标题样式反相放大器反相放大器输入电压Vi通过R1加到反相输入端A，同相输入端B接地。输出电压Vo又通过反馈电阻Rf反馈到反相输入端A。反相输入端具有地电位，而并没有真正接地，称为“虚地虚地” ，UA=0。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2214 单击此处编辑母版副标题样

10、式同相放大器同相放大器信号电压Vi从同相输入端B输入，而输出电压Vo通过电阻Rf反馈到反相输入端A处。由UA=UB，输出电压Vo=(1+R1/Rf)Vi。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2215 单击此处编辑母版副标题样式 对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压VOUT与输入二进制数B( Dn-1 D0) 的关系式可写成：nnnnnnVBVDDDDV22)2222(REFREF00112211OUT v 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻电阻Rfb以及基准以及基准

11、电压电压VREF有关。有关。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2216 单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式2022-3-2217 单击此处编辑母版副标题样式（二）D/A转换器的性能指标 D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用D/A芯片型号的依据。分辨率分辨率转换精度转换精度稳定时间稳定时间性能指标偏移量误差偏移量误差单击此处编辑母版标题样式2022-3-2218 单击此处编辑母版副标题样式 是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高。（1）分辨率0

12、0.01023112110 其分辨率与二进制位数n呈下列关系：分辨率 = 满刻度值/（2n-1）=VREF / 2n 例如对于10位D/A转换器，其分辨率为：单击此处编辑母版标题样式2022-3-2219 单击此处编辑母版副标题样式转换精度-是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。（2）转换精度 它和分辨率是两个不同的概念。例如，满量程时的理论输出值为10V，实际输出值是在9.99V10.01V之间，其转换精度为10mV。 对于分辨率很高的D/A转换器并不一定具有很高的精度。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2220 单击此处编辑母版副标题样式20是指输入数字量为是指输入数字量为0 0时

13、，输出模拟量对时，输出模拟量对于零的偏移值。于零的偏移值。（3）偏移量误差描述描述D/AD/A转换速度快慢的一个参数，指从转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到相应输入数字量变化到输出模拟量达到相应终值所需的时间。终值所需的时间。（4）转换时间单击此处编辑母版标题样式2022-3-2221 单击此处编辑母版副标题样式D/A转换器的特性虽然主要表现为芯片内部结构的配置状况，但这些配置状况对D/A转换接口电路设计带来很大影响，主要有：（三）（三）D/A转换器的主要结构特性转换器的主要结构特性（1）数字输入特性 包括接收数的码制、数据格式以及逻辑电平等。目前批量生产的D/A转换芯

14、片一般都只能接收自然二进制数字代码。 单击此处编辑母版标题样式2022-3-2222 单击此处编辑母版副标题样式（2）模拟量输出特性D/A转换器输出有电流型和电压型，用户可以根据需要进行选择。目前多数D/A转换器件均属电流输出器件。手册上通常给出了输入参考电压及参考电阻之下的满码（全l）输出电流I0。另外还给出最大输出短路电流以及输出电压允许范围。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2223 单击此处编辑母版副标题样式（3）锁存特性及转换控制 D/A转换器对数字量输入是否具有锁存功能将直接影响与CPU的接口设计。如果D/A转换器没有输入锁存器，通过CPU数据总线传送数字量时，必须外加锁存器，

15、否则只能通过具有输出锁存功能的I/O给D/A送入数字量。 单击此处编辑母版标题样式2022-3-2224 单击此处编辑母版副标题样式（四）典型D/A转换器- DAC0832一个8位D/A转换器电流输出方式稳定时间为1s采用20脚双立直插式封装（1） DAC0832管脚功能单击此处编辑母版标题样式2022-3-2225 单击此处编辑母版副标题样式DI0DI7：数字信号输入端。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。ILE：输入允许锁存信号，高电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运放

16、的输出端。VREF：参考电压（10V10V）。VCC：工作电压（5V15V）。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2226 单击此处编辑母版副标题样式（2） DAC0832工作原理(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER当当LE=1时,输出数时,输出数据随输入变化。据随输入变化。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ 8位位 输入 输入寄存器寄存器 8位 DAC寄存器 8位 DAC转换器转换器图 3-3 DAC0832原理框图及引脚当当LE=0时,输出数时,输出数据被锁存。据被锁存。LE1输输入

17、入两级缓冲结构两级缓冲结构存放待转换的数字量。输出与数字量成正比的模拟电流。输入控制电路：控制2个寄存器的选通或锁存状态。存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2227 单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式2022-3-2228 单击此处编辑母版副标题样式DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2229 单击此处编辑母版副标题样式（3）DAC0832的工作方式 DAC0832利用WR1、WR2、ILE、XFER控制信号可以构成三种不同的工作

18、方式。p直通工作方式： WR1=WR2=0，输入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式。数据可以从输入端经两个寄存器直接进入D/A转换器。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2230 单击此处编辑母版副标题样式(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER当当LE=1时,输出数时,输出数据随输入变化。据随输入变化。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ 8位位 输入 输入寄存器寄存器 8位 DAC寄存器 8位 DAC转换器转换器图 3-3 DAC0832原理框图及引脚当当LE=0时,输出数时,输出数据被锁

19、存。据被锁存。LE1单击此处编辑母版标题样式2022-3-2231 单击此处编辑母版副标题样式p单缓冲工作方式：两个寄存器之一始终处于直通，即WR1=0或WR2=0，另一个寄存器处于受控状态。此方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2232 单击此处编辑母版副标题样式p双缓冲工作方式：两个寄存器均处于受控状态，此方式适用于多路D/A同时输出的情形：使各路数据分别锁存于各输入寄存器，然后同时（相同控制信号）打开各DAC寄存器、实现同步转换。单击此处编辑母版标题样式2022-3-2233 单击此处编辑母版副标题样式单击此处编辑母版标题样式2022-3-2234 单击此处编辑母版副标题样式三、单极性与双极性输出 工业现场的执行装置控制信号有时要求为单极性（05V或010mA），有时要求为双极性（5V或10mA ）,因此模拟量的输出通道就有单极性和双