另外一个老师课件-4篇2章

另一部分是将输入的电压信号转换成与之成比例的信号频率（其电路称为V/F转换器）也称压控振荡器（VCO），或是将某一信号频率转换成与之成比例的电压信号输出（其电路称为F/V转换器）。→这一部分牵涉到比较多的模拟电子技术内容，所以放在模拟电路讲解。补充内容：集成运算放大器工作原理的简单说明集成运算放大器电路符号输入端1端3端Avid2端输出端vo电路符号1端是反相输入端→与3端的相位相反2端是同相输入端→与3端的相位同相输入端1端3端Avid2端电路符号⑴输入电阻为无穷大（1、2端之间电阻）所以,流过反相端和同相端的电流为01端与2端好象断开一样,此时称为“虚断”输出端vo理想运算放大器的特点：电路符号⑵运放的开环增益A为无穷大，在深度负反馈下，可以保证1、2端电压无穷小。⑶运放的输出电阻为0（内阻R0）理想时，可以看成一个电压控制电压源VCVSvid

0输入端1端3端Avid2端输出端vo称“虚短”运放组成I/V变换电路因为A无穷大，输入电阻无穷大，所以N点为虚地，

vid

0

i1

i

ffRvi

0

vo1则

Rffo

i

RRv

vi

R111RRvvf

oivfA

R1R

fviv0A1ii

fNvid多路反相求和运算R1R2

Rfvi1v0A1ii

fNvidi2i

2vfi1

i2

i

voR1

R2

Rfvi1

vi

2i

2v

)21i1i

221i1

Rf

RfoRRv

(

Rf

vRRv

Rf

vR1积分运算关系Civ0vA1ii

fNvid同上理由得：vo

vCR1vii

f

i1

R

C

i dt

C

v

dtif10v

11而电容上的电压为流过电容器电流的积分电压比较器电路由增益A为无穷大的特点得：1端电压＞2端电压时，输出端为低电平；2端电压＞1端电压时，输出端为高电平；输出为双极性脉冲。D/A和A/D转换器在计算机控制系统中，经常需要进行数字量→模拟量，模拟量→数字量之间的转换，（前者称D/A转换，后者为A/D转换）。下图是一个生产过程用计算机控制的自动化流程图4.2.1数/模转换电路(Digital

to

og

Converter)一、DAC的基本工作原理将输入数字量变换成模拟量输出基本思路：将输入的二进制数按其位权的大小先转换成与之成正比的电流量（I），然后再将该电流转换成模拟电压量输出（V）。即D→I，I→V输出。n1i0n2n1

n2

2

d

2i

KI

Dn

KI

(dn1

K

d1

21

d

20

)0iI

id

2n1i

ii0d

2n

K.D

Kf

KI

Dn

Rfov

iR实现数字量→模拟量转换的电路框图D/A转换特性图三位二进制数字量输入和对应模拟量输出的关系图中输出模拟量的最小增量VLSB表示输入数字量中最低位为“1”时的模拟电压大小。二、四位倒T网络D/A转换器其特点是只有R和2R两种电阻阻值，精度可以做得很高；运放的反相输入端为虚地；电子开关电子开关切换时流过各支路的电流不变，只是流向反相端还是流向同相端（地端），所以没有过渡过程，转换速很快。电子开关当输入数字量中的某一位是高电平时，相应的电子开关将电阻接向运放的反相输入端，该位的数字量为低电平时，对应这位的电子开关接到同相端（地端）。电子开关由图可知，电阻网络部分的总电阻为R，而流过参考电源VREF的总电流为：I

VREFR电子开关而流过每一个节点的电流依次降低一半，即流过每一条支路的电流依次为：22

23

24I

,

I

,

I

,

I2当输入二进制数的某一位高电平时，对应支路的电流流向反相端，反之流向地。因此流向反相端的电流有：012316

I

d

I

d

I

d4

82o1i

I

d又因为：io1

iF1243

23

2

1

0(d

2

d

2

d

21

d

20

)R

VREF所以输出电压有：24(d

23

d3

2

22

d

21

d

20

)1

0816102

I

d2

4

I

d

I

d

)R3v

i

R

(

I

do

o1

f

RfR

VREFf输入为n位数字量时：(d2n0

d

20

)n

1

dn

2

2n

1

2n

2

d

22

d

212

1

RfRv

VREFo当R=Rf时：REFi

in

2n

2

2n

1oV

D

VREF

d

22

d

21

d

20

)2

1

0

dn

2

(dn

12nv

VREFd

2

2n2nn

1i

0这种D/A转换器的典型产品是AD7520（10位数字量输入的一片D/A转换器）三、正负模拟量输出的DAC电路当正负的数字量输入时，要求有正负的模拟量输出。前面介绍过，一个正负数可以用补码表示。因此如何将补码形式输入的正、负数，转换成正、负输出的模拟量呢？现以一个三位二进制补码为例加以说明。

3位二进制补码可以表示为从+3到-4之间

的任何一个十进制整数。三位二进制补码输入时与之对应的偏移码和D/A转换器输出间的关系表十进制数补码输入d2d1d0偏移码（补码符号位取反）接入偏移电路（偏移-4V）后的输出电压（V）+3+2+100001000-1111011-1-2110010-2-3101001-3-4100000-4能得到双极性输出电压的电路如图，它是将补码输入后，最高位求反，并设置了偏移电路来实现双极型电压输出的。偏移电路电路是一个权电阻网络D/A转换器电路说明，当输入补码d2d1d0=000，则偏移码为100时，应使i0=0。因此只要调节RB的值，使IB=IMSB=VB/RB，此时输出模拟电压即为0。而在其它数字量输入的情况下，输出模拟量有：vo

i0

Rf

(i

IB

)Rf

(i

IMSB

)RfBMSBLSB2n

2n1

I

2n1

Imax1I

I偏移码全1时i总电流。maxI式中的Imax为偏移码全为1时的i

总电流。对n位的双极型D/A转换电路，则有：

1

Imaxio

i

IB

i

2n2n

1输出模拟电压为：

1

Imax

)Rfvo

io

Rf

(i

IB

)Rf

(i

2n2n

1例如（1）当输入补码为d2d1d0=010时i

231

I

21

I

6ILSB

LSB

LSB

233

ILSB

231

I

232

ILSB

LSB

7ILSB

2Rf

ILSB

(6ILSB

2n

1

7ILSB

)Rf1

Imax

)RfI总

Imaxvo

i0

Rf

(i

IB

)Rf

(i

2n2n1231（2）当输入补码为d2d1d0=110时i

21

I

2ILSB

LSB

233

ILSB

7ILSB

231

I

232

ILSB

LSBI总

Imax

2Rf

ILSB

(2ILSB

2n

1

7ILSB

)Rf1

Imax

)Rfvo

io

Rf

(i

IB

)Rf

(i

2n2n1231四、DAC的主要技术指标及应用要点1.DAC的主要技术指标（1）分辨率定义为：输出的最小模拟电压增量VLSB和输出最大模拟电压Vm之比。12nm

LSBV

(2n

1)V20

V

1LSB分辨率

VLSB

例如，一个10位的DAC，其分辨率为：1

1

0.1%1

10232n分辨率因此，分辨率也用DAC的位数来表示的，位数越多，其分辨率就越高（VLSB越小）。（2）非线性实际的模拟量输出和理论值之差的百分数表示。实际的模拟量

要在调零和增

益调节后测得。（3）转换精度精度以最大静态转换误差的形式给出。最大静态转换误差包含非线性误差、增益误差、零点误差、漂移误差和噪声引起的误差等，是综合误差。有的公司产品不给出综合误差，只给出各项单独误差。（4）建立时间由于电容、电感和开关电路的延时，当输入数字量时，输出不可能马上建立起相应的模拟量。建立时间表示：输入数字量从

00…0到11…1满度变化时，输出模拟电压达到满度值的±1/2LSB（或±1LSB）时所需时间。D/I变换时，时间非常短，因而主要决定运放的I/V变换时间。（5）温度系数在规定的温度范围，温度对非线性误差、增益误差、零点误差的影响。2.DAC的应用应用时应考虑DAC性能，结构等，使接口方便、电路简单，价格低廉等要求。（1）DAC指标选取从精度、转换时间、工作环境考虑。精度应满足系统误差要求，时间应满足系统响应时间要求等。2数字量输入特性考虑输入码制、数据格式及逻辑电3。模拟量输出特性模拟电流量输出还是直接输出模拟电压量。4锁存特性及转换控制了解

结构，

有数据锁存还是没有锁存，以分清能否直接与微机总线相连。还要了解器件和系统间的时序配合。5参考电源五、DAC的应用举例1DAC特点和分类因电子技术的快速发展，早、中、近期的DAC

从规模、性能，电路有很大变化。（2）8位DAC0832特点：8位分辨率，与8位微机兼容，价格低，接口简单，转换控制容易，电路为R-2R

T型电阻网络结构等。外形和内部电路如图D7～D0是数字量输入端，VREF外接参考电压，可正、可负。

IOUT1和IOUT2是电流输出端，接运算放大器。分别是两个寄存器的锁存控LE1

和LE2制端，当LE1

由1变0时，D7～D0输入数据送入8位输入寄存器，当LE2由1变0时，8位输入寄存器的数据锁存至8位DAC寄存器，并使8位DAC转换器的输出发生相应的变化。DAC0832与8031单片机连接电路：其中，DAC0832的输入数字量以及转换所需的