第二章输入输出接口和输入输出通道24

第五节D/A转换器2.5.1D/A转换器的原理2.5.2D/A转换器的性能指标2.5.3典型的D/A转换器芯片DAC08322.5.412位D/A转换器DAC1210返回本章首页2R2R2R2R2R2RRRLRR～～-+AU0S1S2S3Sn2-nDn2-3D32-2D22-1D1UR…ILIf2R2R2R2R2R2RRRLRR～～-+AU0S1S2S3Sn2-nDn2-3D32-2D22-1D1UR…ILIf2R2R2R2R2R2RRRLRR～～-+AU0S1S2S3Sn2-nDn2-3D32-2D22-1D1UR…ILIfT型电阻网络分析结论：根据叠加原理，流经负载电阻的电流IL的表达式为：

IL=（2-1D1+2-2D2+

…+

2-nDn)I=(2-1D1+2-2D2+

…+

2-nDn)取Rf=3R，则–U0=ILRf=UR（2-1D1+2-2D2+

…+

2-nDn)输出电压U0和1.输入的数字量2.反馈电阻Rf

3.标准电压UR有关UR3R2.5.1D/A转换器的原理作用：把数字量转换成模拟量的器件。种类：并行（电流相加型和电压相加型）；串行（步进电机的控制）在工业控制中，主要使用并行D/A转换器。D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络。一、并行D/A转换器的工作原理权：数字量的每个数位所代表的值。如：8位二进制数的最低位的权为20=1，最高位的权为27=128数字量转换成模拟量（D/A转换）：把每一位上的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，再把代表各位的模拟量相加。D/A转换器的组成：1.电阻网络：实现数字量往模拟电流的转换2.运算放大器：完成模拟电流相加并变为模拟电压输出

3.位切换开关4.基准电压电阻网络类型：

1.权电阻网络：所用的电阻阻值范围很大(20R、21R、…2nR)，各电阻阻值都不相同，工艺上难于制造。

2.T型电阻网络：只有R和2R两种电阻构成网络。特点：任何一个节点的三个分支的等效电阻是相等的分析方法：线性网络，应用叠加原理2.5.2T型电阻网络构成的D/A转换器2R2R2R2R2R2RRRLRR～～-+AU0S1S2S3Sn2-nDn2-3D32-2D22-1D1UR…ILIfT型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：2R2R2R2R2R2RRRLRR～～S1S2S3SnUR…IL2R2R2R2R2R2RRRLRR～～S1S2S3SnUR…IL2RT型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：T型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：2R2R2RRLIUR3RILIL==2-1II2I=（D1=1，D2,。。。,

Dn=0）T型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：2R2R2R2R2R2RRRLRR～～S1S2S3SnUR…ILT型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：2R2R2R2R2R2RRRLRR～～UR…IL2R2RIT型电阻网络分析a)当S1接到电源电压UR，而S2，S3，…Sn接地，即输入信号D1为1，D2～Dn为零时，其等效电路为：2R2R2RRLRURIL2R2RIUR3RI=IL==2-2II4（D2=1，D1,D3,。。。,

Dn=0）二、串行D/A转换器的工作原理工作原理：先把数字量转换成一系列的脉冲，一个脉冲相当于数字量的一个单位，再把每一个脉冲变成单位模拟量，然后将所有单位模拟量相加，从而得到和数字量成正比的总的模拟量输出。常用的串行D/A转换器：步进电动机一个脉冲转动一个固定角度一个个脉冲角位移或线位移量若让步进电动机转轴带动多圈电位器，调节电压或电流，则完成了数字量转角电信号的转换一种实用步进电机串行D/A转换电路环形分配器YB013+△-△CPABC方向1111光电隔离电路驱动电路X轴步进电动机+5V1kΩ×3来自8253的OUT0串行D/A转换器原理框图脉冲发生器环形分配器功率放大步进电动机计数器控制电路2n2120…DU输出2.5.2D/A转换器的性能指标返回本节选择D/A转换器时，主要应考虑下列几个问题：1、分辨率：当输入数字量变化1时，输出模拟量变化大小。它反映了计算机数字量输出对执行部件控制的灵敏程度。对一个N位的D/A转换器

分辨率=（V/步）例：满刻度值值为5.12V单极性输出，

8位D/A转换器分辨率===20mV/步

10位D/A转换器分辨率===20mV/步

满刻度值2N5.12V285.12V10245.12V2105.12V40962.稳定时间：D/A转换器转换速率的量度，是指D/A转换器代码有满刻度值变化时，其输出达到并保持在所给定的百分数误差（通常为±LSB）范围内所需要的时间。一般为几十纳秒到几微秒3.输入编码：二进制编码、BCD码、符号-数值码等。4.线性误差：任何两个相邻数码之间的差应是1LSB（对于N位转换器，为满刻度值的2-N），一个理想的转换器输出应该是一条直线，但元件的非线性，使之存在非线性误差，一般为0.01%～0.8%125.输出方式和极性电流输出：0～10mA、4～20mA电压输出：单极性电压输出：一个方向的控制信号双极性电压输出：两个方向的控制信号，输 出同样的幅值，分辨率降低了6.温度范围：好的：-40℃～85℃差的：0～70℃7.使用调整：D/A转换器使用前一般要进行零位调整、满刻度值校准和线性度测量，设计时要考虑。1.DAC0832内部结构DAC0832内部由三部分电路组成，如图所示。2.5.3典型的D/A转换器芯片DAC08322.引脚功能

DAC0832芯片为20引脚，双列直插式封装。其引脚排列如图2-4所示。（1）数字量输入线D7~D0（8条）（2）控制线（5条）（3）输出线（3条）（4）电源线（4条）图2-4DAC0832引脚图

2.DAC0832引脚说明CS—片选信号ILE—允许输入锁存信号WR1—写信号1WR2—写信号2XFER—传送控制信号。用于控制WR2DI0

～DI7—8位数据输入端IOUT1—模拟电流输出1，当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大；当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0IOUT2—模拟电流输出2，为IOUT1电流互补输出。即IOUT1+IOUT2=常数Rfb—反馈电阻引出端，15kΩVREF—基准电压深入端，可选择在+10～－10V范围VCC—电源电压输入端，可从+5～+15V，最佳工作状态是+15VAGND—模拟地。即模拟电路接地端，与数字电路接地端相连。DGND—数字地。3.DAC0832的技术指标DAC0832的主要技术指标：（1）分辨率 8位（2）电流建立时间 1µS（3）线性度（在整个温度范围内）8、9或10位（4）增益温度系数 0．0002％FS/℃（5）低功耗 20mW（6）单一电源 +5~+15V因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图2-5所示。图2-5电压输出电路返回本节４.DAC0832输出方式电流输出IOUT1和IOUT2通常要求D/A转换的输出是电压而不是电流两类输出方式：单极性电压输出方式、双极性电压输出方式图2-7中，运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA１的单向输出转变为双向输出。图2-8双极性输出线性关系图5CPU和DAC0832的连接2.5.4

12位D/A转换器DAC12101.DAC1210的主要性能及特点2.DAC1210引脚说明3.DAC1210输出方式4.DAC1210与CPU的连接1.DAC1210的主要性能及特点双列直插式24引脚集成电路芯片输入数字为12位内部有输入寄存器和DAC寄存器两个缓冲输入寄存器电流相加型D/A转换器电流建立时间1μs供电电源+5～+15V（单电源供电）基准电压VREF工作范围+10～－10V与TTL逻辑电平兼容2.DAC1210引脚说明8位输入寄存器12位DAC寄存器12位D/A转换器4位输入寄存器&&&DI11:::DI4DI3:DI0VREFIOUT2IOUT1RfbAGNDDGNDVCCCSWR1XFERWR2LELECS—片选信号WR1—写信号1Byte1/Byte2—字节顺序控制。当此控制端为1时，输入锁存器中的12个单元都被使能。当此控制端为0时，只使能输入锁存器中的低4位。WR2—写信号2XFER—传送控制信号DI0～DI7—数据写入IOUT1—数模转换器电流输出1，当DAC寄存器中所有数字码为全1时，最大IOUT1，为全0时，IOUT1为零IOUT2—数模转换器电流输出2，IOUT1+IOUT2=常量VREF×（1－）/基准输入阻抗40961Rfb—反馈电阻VREF—基准输入电压VCC—数字电源电压，+5V～+15VAGND—模拟地DGND—数字地3.DAC1210输出方式电流输出IOUT1和IOUT2通常要求D/A转换的输出是电压而不是电流两类输出方式：单极性电压输出方式、双极性电压输出方式4.DAC1210与CPU的连接驱动一次D/A转换的程序：MOV AL，DATALOUTU2PORT，ALMOVAL，DATAHOUT