1、2.4 D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù),D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)： 分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 分辨率為n位，表示D/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的最低有效位LSB與滿量程輸出的1/2n相對(duì)應(yīng)。 建立時(shí)間：輸入數(shù)字信號(hào)的變化是滿量程時(shí)， 輸出信號(hào)達(dá)到離終值 1/2LSB的所需時(shí)間。 線性誤差：在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。 理想轉(zhuǎn)換特性(量化特性)應(yīng)該是線性的，但實(shí)際轉(zhuǎn)換特征并非如此。在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差常用LSB的分?jǐn)?shù)表示，如(1/2)LSB或1LSB。,D/A轉(zhuǎn)換器：把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置。,常見D/A轉(zhuǎn)換器類型： 電流

2、輸出型，通常要轉(zhuǎn)為電壓，速度因外接放大器有滯后。 電壓輸出形，速度快，僅用于高阻抗負(fù)載。,2.4.1 D/A轉(zhuǎn)換器,通用、廉價(jià)的D/A轉(zhuǎn)換器：AD1408（8位）、AD7524 （8位） 、AD558 （8位） 。 高速、高精度D/A：AD562 （10位） 、AD7541 （12位） 。 高速D/A：AD561（10位，建立時(shí)間為250 ns(達(dá)到1/2 LSB)、DAC-08 （8位） 。 高分辨率D/A：DAC1136（16位） 、DAC1137 （16位）等。 為了應(yīng)用的靈活性，有： 可選擇輸出電壓雙極性的：AD7524、AD7542 （12位） 。 芯片內(nèi)帶有數(shù)字寄存器可與CPU數(shù)字

3、總線直接相連的AD558、AD7524。,常見的D/A,1、8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832,外部結(jié)構(gòu)特征 采用20引腳、雙列直插式集成電路芯片。 主要參數(shù)：分辨率8位，電流穩(wěn)定時(shí)間1s，電流輸出，與TTL電平兼容；功耗20mW。,組成：主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、采用R2R電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器、相應(yīng)的選通控制邏輯四部分組成。,內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖 存器，分別由LE1，LE2控制。 高電平：寄存器直通 低電平：寄存器鎖存 引腳說(shuō)明： DI0-DI7：數(shù)字輸入 IOUT1,IOUT2：電流輸出， IOUT1+IOUT2=C,DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，其中DI0

4、為最低有效位LSB ，DI7為 最高有效位MSB。 /CS：片選信號(hào)，輸入線，低電平有效。 /WR1：寫信號(hào)1，輸入線，低電平有效。 1LE：輸入允許鎖存信號(hào)，輸入線，高電平有效 當(dāng)1LE、和/CS、/WR1同時(shí)有效時(shí)，8位輸入寄存器LE1端為高電平1，此時(shí)寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D的電平變化；反之，當(dāng)端LE1為低電平0時(shí)，原D 端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于Q端，在此期間D端電平的變化不影響Q端。,DAC0832管腳功能,/XFER(Transfer Control Signal):傳送控制信號(hào)，輸入線， 低電平有效。 IOUT1：DAC電流輸出端1，一般作為運(yùn)算放大器差動(dòng)輸入信號(hào)之一。 IOUT2：

5、DAC電流輸出端2，一般作為運(yùn)算放大器另一個(gè)差動(dòng)輸入信號(hào)。 Rfb：固化在芯片內(nèi)的反饋電阻連接端，用于連接運(yùn)算放大器的輸出端。 VREF：基準(zhǔn)電壓源端，輸入線，10 VDC 10 VDC。 VCC：工作電壓源端，輸入線，5 VDC 15 VDC。,當(dāng)/WR2和/XFER同時(shí)有效時(shí)，8位DAC寄存器LE2端為高電平“1”，此時(shí)DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當(dāng)LE2端為低電平“0”時(shí)，第一級(jí)8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器中，以便第三級(jí)8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。,IOUT1,IOUT2：電流輸出， IOUT1+IOUT2=C,2

6、、單緩沖方式：一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，使第二級(jí)8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí)8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 當(dāng)/XFER， /WR2接地，ILE接高電平， /WR1接I/O控制，/CS接譯碼。此時(shí)只有輸入寄存器有效。,工作方式：,1、直通工作方式：若不鎖存，直接轉(zhuǎn)換，/WR1、/WR2、/CS和/XFER為0，ILE接高電平。,3、雙緩沖方式：特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式。常用于多D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)輸出的場(chǎng)合。,2、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210 12位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖

7、 存器，分別由/LE控制。 BYTE1/BYTE2輸入控制端 :為“1”時(shí)，12位數(shù)據(jù)同時(shí)存入第一級(jí)的兩個(gè)輸入寄存器，當(dāng)為“0”時(shí)，只將低四位數(shù)據(jù)存入4位輸入寄存器。 高電平：DI0-DI11同時(shí)鎖存到輸入寄存器 低電平：DI0-DI3鎖存到4位輸入寄存器 DAC寄存器的鎖存控制端/LE 高電平：QD，輸入寄存器與DAC寄存器直通 低電平：DAC寄存器鎖存 /WR1,/WR2,/CS,/XFER , Rfb, VREF與DAC0832相同,2.4.2 D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) 1、DAC0832與PC總線接口 DAC0832工作方式為單緩沖寄存器。 用反相放大器把輸出電流轉(zhuǎn)換為負(fù)極性電壓 工作過(guò)程

8、： 1. 端口地址+/IOW有效- /CS有效 - LE1高電平 - 輸入寄存器直通 - 輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 2. /IOW變高- /CS變高 - LE1低電平 - 輸入寄 存器鎖存 - D/A轉(zhuǎn)換輸出保持。,程序，端口地址300H。 MOV DX,300H MOV AL,7FH ;計(jì)算電壓大小 OUT DX,AL HLT 電流輸出端IOUT1,IOUT2的電位應(yīng)接近0，以保證運(yùn)放輸出的線性。,2、DAC1210與PC總線接口 譯碼器對(duì)端口300H，301H，302H分別產(chǎn)生 /Y0， /Y1 ， /Y2用于DAC的控制。 /CS接地 8位輸入寄存器：PC總線D0-D7 4位輸入寄存器：

9、PC總線D4-D7 (總線復(fù)合) 輸出端用反相放大器把差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓 ，經(jīng)倒相后變?yōu)檎龢O性電壓輸出。,工作過(guò)程： 1. 鎖存高8位數(shù)據(jù)：/Y0有效- BYTE1/BYTE2 高電平-當(dāng) /IOW 有效- D0-D7 鎖入8位輸入寄存器， D4-D7 鎖入4位輸入寄存器。 2.鎖存低4位數(shù)據(jù)： /Y1有效- BYTE1/BYTE2 低電平-當(dāng) /IOW 有效- D4-D7 鎖入4位輸入寄存器。 3.輸入寄存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器： /Y2有效-/XFER 低電平 -當(dāng) /IOW 有效-輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開始D/A轉(zhuǎn)換。 4. DAC寄存器鎖存， D/A 輸出保持： /Y2,

10、 /IOW 變高電平 -DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù)，保持D/A轉(zhuǎn)換輸出。,程序 MOV DX,300H; /Y0有效 MOV AL,83H； 高8位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,301H; /Y1有效 MOV AL,0F0H； 低4位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,302H；/Y2有效 OUT DX,AL； 進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 HLT 此時(shí)數(shù)據(jù)量為83FH=2111,上述程序順序不能改變。,2.5 模擬量輸出通道,模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到控制的目的。 一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成。,2.5.1

11、 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式,1、一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠，即使某一路D/A轉(zhuǎn)換器有故障，也不會(huì)影響其它通路的工作。 缺點(diǎn)：使用了較多的D/A轉(zhuǎn)換器,2. 多個(gè)通路共用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 缺點(diǎn)：只適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場(chǎng)合。它還要用多路開關(guān)，且要求輸出采樣保持器的保持時(shí)間與采樣時(shí)間之比較大。這種方案的可靠性較差。 應(yīng)用場(chǎng)合：適用于通道數(shù)量多而且速度要求不高的場(chǎng)合。,2.5.2 單極性與雙極性電壓輸出電路,1DAC單極性輸出,顯然，VOUT和 D 成正比關(guān)系，輸入數(shù)字量 D 為 00H 時(shí)，VOUT也為 0 ；輸入數(shù)字量 D

12、為FFH即255時(shí)，VOUT 為與 VREF 極性相反的最大值。,2DAC雙極性輸出,解上述方程可得雙極性輸出表達(dá)式：,A1 和 A2 為運(yùn)算放大器，A點(diǎn)為虛地，故可得：,對(duì)于N位開關(guān)量輸出,2.5.3 V/I 變換和自動(dòng)/手動(dòng)切換,因?yàn)殡娏餍盘?hào)易于遠(yuǎn)距離傳送，且不易受干擾，特別是在過(guò)程控制系統(tǒng)中，自動(dòng)化儀表只接收電流信號(hào)，所以在微機(jī)控制輸出通道中常以電流信號(hào)來(lái)傳送信息，這就需要將電壓信號(hào)再轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，完成電流輸出方式的電路稱為V/I變換電路。電流輸出方式一般有兩種形式： 1普通運(yùn)放V/I變換電路 2集成轉(zhuǎn)換器V/I變換電路,1集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF2B20,圖2-11是集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF

13、2B20的引腳圖，采用單正電源供電，電源電壓范圍為1032V，ZF2B20的輸入電阻為10K，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于25S，非線性小于土 0.025。,ZF2B20是通過(guò)V/I變換的方式產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓成比例的輸出電流。它的輸入電壓范圍是010V，輸出電流是420mA(加接地負(fù)載)，采用單正電源供電，電源電壓范圍為1032V，它的特點(diǎn)是低漂移，在工作溫度為-2585范圍內(nèi)，最大漂移為0005%/，可用于控制和遙測(cè)系統(tǒng)，作為子系統(tǒng)之間的信息傳送和連接。 ZF2B20的輸入電阻為10K，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于25S，非線性小于0025%。,(a)是一種帶初值校準(zhǔn)的010V到420mA轉(zhuǎn)換電路。 (b)是一種

14、帶滿度校準(zhǔn)的010V到010mA轉(zhuǎn)換電路。,2集成V/I轉(zhuǎn)換器AD694,AD694是一種420mA轉(zhuǎn)換器，適當(dāng)接線也可使其輸出范圍為020mA。AD694的主要特點(diǎn)是： 輸出范圍：420mA,020mA。 輸入范圍：02V或010V。 電源范圍：+4.536V。 可與電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。 具有開路或超限報(bào)警功能。,3自動(dòng)/手動(dòng)切換,1,2,目的：在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)操作 電路的兩個(gè)功能：實(shí)現(xiàn)V/I變換能夠?qū)崿F(xiàn)A/H切換 實(shí)現(xiàn)V/I變換 當(dāng)開關(guān)K1處于自動(dòng)位置A時(shí)，它形成一個(gè)電壓比較型跟隨器，是自動(dòng)控制輸出方式。當(dāng)VfVi時(shí)，電路能自動(dòng)地使輸出電流增大

15、或減小。最終使Vf=Vi，于是有 IL=Vi(R9+W) 從上式可以看出，只要電阻R9+W穩(wěn)定性好，A1和A2具有較好的增益，該電路就有較高的線性精度。當(dāng)R9+W=500或250時(shí)，IL就以010mA或420mA的直流電流信號(hào)線性地對(duì)應(yīng)Vi的05V或15V的直流電壓信號(hào)。,能夠?qū)崿F(xiàn)A/H切換 當(dāng)開關(guān)K1、K2和K3都處于H位置時(shí)，即為手動(dòng)操作方式，此時(shí)運(yùn)算放大器A1和A2脫開，A2成為一個(gè)保持型反相積分器。當(dāng)按下“增”按鈕時(shí)，V2以一定的速率上升，從而使IL也以同樣的速率上升； 當(dāng)按下“減”按鈕時(shí)，V2以一定的速率下降，IL也就以同樣的速率下降。 自動(dòng)手動(dòng)：輸出電流IL的升降速率取決于R6、R

16、7、C和電源電壓E的大小。當(dāng)兩按鈕都斷開時(shí)，由于A2為一高輸入阻抗保持器，V2幾乎保持不變，維持輸出電流恒定。當(dāng)開關(guān)K1、K2、K3都從自動(dòng)(A)切換為手動(dòng)(H)時(shí)，A2為一保持器。輸出電流IL保持不變，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)到手動(dòng)方向的無(wú)擾動(dòng)切換。,手動(dòng)自動(dòng)：當(dāng)開關(guān)K1、K2、K3處于手動(dòng)方式(H)，要做到無(wú)擾動(dòng)還必須使圖中的輸出電路具有輸出跟蹤功能，即在手動(dòng)狀態(tài)下，來(lái)自微機(jī)D/A電路的自動(dòng)輸入信號(hào)Vi總等于反映手動(dòng)輸出的信號(hào)Vf(Vf與IL總是一一對(duì)應(yīng)的)。要達(dá)到這個(gè)目的，必須有相應(yīng)的微機(jī)配合，我們把這樣的程序稱為跟蹤程序。 跟蹤程序的工作過(guò)程是這樣的：在每個(gè)控制周期中，計(jì)算機(jī)首先由數(shù)字量輸入通道(D

17、I)讀入開關(guān)K2的狀態(tài)，以判斷輸出電路是處于手動(dòng)狀態(tài)還是自動(dòng)狀態(tài)。若是自動(dòng)狀態(tài)，則程序執(zhí)行本回路預(yù)先規(guī)定的控制運(yùn)算，最終輸出Vi；若為手動(dòng)狀態(tài)，則首先由A/D轉(zhuǎn)換器讀入Vf，然后原封不動(dòng)地將該輸入數(shù)字信號(hào)送至調(diào)節(jié)器的輸出單元，再由D/A轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送至輸出電路的輸入端Vi，這樣就使Vi總與Vf相等，處于平衡狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)K1從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，V1、V2和IL都保持不變，從而實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)到自動(dòng)方向的無(wú)擾動(dòng)切換。,2.5.4 模擬量輸出通道設(shè)計(jì)下圖是一種8通道的模擬量輸出通道的電路原理圖。該電路采用DAC0832作8位D/A轉(zhuǎn)換器，通過(guò)一多路開關(guān)CD4051，可由程序控制，將轉(zhuǎn)換結(jié)果從八通道中的某一通道中送出，送出的結(jié)果以電流形式輸出。,工作過(guò)程是： 由工業(yè)控制機(jī)PC總線送出的數(shù)據(jù)，由DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后再用OUT指令，通過(guò)D0、D1、D2位打開多路開關(guān)的某一通道而送出，其輸出端所接的保持器是為了保持D/A輸出穩(wěn)定，起到電壓保持作用，