第四章模拟量输出通道

第四章模拟量输出通道本章要点•1.模拟量输出通道的结构组成与模板通用性；•2.8位D/A转换器DAC0832的原理组成及其接口电路•3.12位D/A转换器DAC1210的原理组成及其接口电路•4.D/A转换器的输出方式及其输出电路本章主要内容引言4.1D/A转换器4.2接口电路4.3输出方式4.4D/A转换模板本章小结思考题引言模拟量输出通道的任务--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，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的;模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等;模拟量输出通道基本构成--多D/A结构（图４-1(a)）和共享D/A结构（图中４-1(b)）图４-1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：1、一路输出通道使用一个D/A转换器2、D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器3、D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用4、结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立5、缺点是所需D/A转换器芯片较多接口电路通道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总线图４-1特点：1、多路输出通道共用一个D/A转换器2、每一路通道都配有一个采样保持放大器3、D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用4、采样保持器实现模拟信号保持功能5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠低、占用主机时间4.1D/A转换器主要内容۩4.1.1工作原理与性能指标理۩4.1.28位DAC0832芯片۩4.1.312位DAC1210芯片4.1.1工作原理与性能指标主要知识点1、D/A转换器工作原理2．D/A转换器的性能指标1、D/A转换器工作原理+A-数字量输入TUOV基准电压关开换切位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR--2R电阻网络图3-2D/A转换器原理框图R2D3D0D运算放大器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb现以4位D/A转换器为例说明其工作原理，如图４-2所示。图４－２Ｄ／Ａ转换器原理图假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVRVI4REF3REF3222由于开关BS3～BS0的状态是受要转换的二进制数D3、D2、D1、D0控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式：00112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(考虑到放大器反相端为虚地，故：OUTRfbII选取Rfb=R，可以得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf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：nnnnnVDDDDV2)2222(REF00112211OUTnVB2REF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电阻Rfb以及基准电压VREF有关。2．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。主要性能指标有：（1）分辨率（2）转换精度（3）偏移量误差（4）稳定时间（1）分辨率分辨率--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，它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。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（2）转换精度转换精度--是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。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9.99V～10.01V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。（3）偏移量误差偏移量误差--是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。此误差可通过D/A转换器的外接VREF和电位器加以调整。（4）稳定时间稳定时间--是描述D/A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终值误差1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时间越大，转换速度越低。对于输出是电流的D/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的D/A转换器，其稳定时间主要取决于运算放大器的响应时间。4.1.28位DAC0832芯片主要知识点（1）DAC0832性能（2）DAC0832工作原理（3）DAC0832管脚功能（1）DAC0832性能一个8位D/A转换器电流输出方式稳定时间为1μs采用20脚双立直插式封装同系列芯片还有DAC0830、DAC0831（2）DAC0832工作原理(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER当LE=1时,输出数据随输入变化。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ8位输入寄存器8位DAC寄存器8位DAC转换器图3-3DAC0832原理框图及引脚当LE=0时,输出数据被锁存。LE1图4-3DAC0832原理框图与引脚DAC0832的原理框图及引脚如图４-3所示。DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加LE2以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。DI0～DI7：数据输入线，其中DI0为最低有效位LSB，DI7为最高有效位MSB。CS：片选信号，输入线，低电平有效。WR1：写信号1，输入线，低电平有效。ILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效当ILE、和CS,WR1同时有效时，8位输入寄存器端为高电平1，此时寄存器的输出端Q跟随输入端D的电平变化；反之，当端为低电平0时，原D端输入数据被锁存于Q端，在此期间D端电平的变化不影响Q端。（3）DAC0832管脚功能XFER(TransferControlSignal):传送控制信号，输入线，低电平有效。IOUT1：DAC电流输出端1，一般作为运算放大器差动输入信号之一。IOUT2：DAC电流输出端2，一般作为运算放大器另一个差动输入信号。Rfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放大器的输出端。VREF：基准电压源端，输入线，10VDC～10VDC。VCC：工作电压源端，输入线，5VDC～15VDC。当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。4.1.312位DAC1210芯片主要知识点（1）DAC1210性能（2）DAC1210工作原理（1）DAC1210性能DAC1210--是一个12位D/A转换器，电流输出方式，其结构原理与控制信号功能基本类似于DAC0832。由于它比DAC0832多了4条数据输入线，故有24条引脚，DAC1210内部原理框图如图2-4所示，其同系列芯片DAC1208、DAC1209可以相互代换。（2）DAC1210工作原理DAC1210内部有三个寄存器：一个8位输入寄存器，用于存放12位数字量中的高8位DI11～DI4；一个4位输入寄存器，用于存放12位数字量中的低4位DI3～DI0；一个12位DAC寄存器，存放上述两个输入寄存器送来的12位数字量；12位D/A转换器用于完成12位数字量的转换。由与门、非与门组成的输入控制电路来控制3个寄存器的选通或锁存状态。其中引脚（片选信号、低电平有效）、（写信号、低电平有效）和BYTE1/（字节控制信号）的组合，用来控制8位输入寄存器和4位输入寄存器。QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄入输位8器存寄入输位412位DAC寄存器12位D/A转换器LE3LE当=1时，Q=D;LE当=0时，锁存数据LE2LE1(MSB)DIDIDIDIDIDIDIDIDIDIDIDI11101234567890(LSB)BYTE/BYTECSWRXFERWR2121FERVDGND2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图3-4DAC1210原理框图及引脚图４-4DAC1210原理框图及引脚链接动画当CS、WR1为低电平“0”，BYTE1/为高电平“1”时，与门的输出LE1、LE2为“1”，选通8位和4位两个输入寄存器，将要转换的12位数据全部送入寄存器；当BYTE1/为低电平“0”时，LE1为“0”，8位输入寄存器锁存刚传送的8位数据，而LE2仍为“1”，4位输入寄存器仍为选通，新的低4位数据将刷新刚传送的4位数据。因此，在与计算机接口电路中，计算机必须先送高8位后送低4位。XFER(传送控制信号、低电平有效)和WR2(写信号、低电平有效)用来控制12位DAC寄存器，当XFER和WR2同为低电平“0”时，与门输出LE3为“1”，12位数据全部送入DAC寄存器，当XFER和WR2有一个为高电平“1”时，与门输出LE3即为“0”，则12位DAC寄存器锁存住数据使12位D/A转换器开始数摸转换。4.2接口电路☏4.2.1DAC0832接口电路☏4.2.2DAC1210接口电路4.2.1DAC0832接口电路A5A9A8A7A6AENA4A1IOWDAC0832DDDDQQQQDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1AGND8位DAC寄存器8位输入寄存器8位DAC转换器LE1LE2Rfb-5V图3-5DAC0832的单缓冲接口电路_+TUOVDGNDVCC+5V+5VD7D6D5D4D3D2D1D0A3A2A0PC总线Y3Y1Y2Y0Y4Y5Y6Y7AGBG1GACB74LS138图４－５DAC0832与PC总线的单缓冲接口电路由于DAC0832内部有输入寄存器，所以它的数据总线可直接与主机的数据总线相连，图４-5为DAC0832与PC总线的单缓冲接口电路，它是由DAC0832转换芯片、运算放大器以及74LS138译码器和门电路构成的的地址译码电路组成。图中，0832内的DAC寄存器控制端的和直接接地，使DAC寄存器的输入到输出始终直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与输入输出指令控制，即PC的地址线A9～A0经138译码器和门电路产生接口地址信号作为DAC0832的片选信号，输入输出写信号作为DAC0832的写信号。D/A转换接口程序：MOVDX，220H//口地址如220H送入DXMOVAL，[DATA]//被转换的数据如DATA送入累加器ALOUTDX，AL//送入D/A转换器进行转换4.2.2DAC1210接口电路QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄入输位8PC总线器存寄入输位412位DAC寄存器12位D/A转换器LE3LE2LE1(MSB)DIDIDIDIDIDIDIDI11104567891FERVDGND2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图3-6DAC1210接口电路CSWRWR2XFERDIDIDIDI1230(