第八章 D/A、A/D转换及应用(DA,AD and applications)
§8.1 概述(summarize)
在实际控制系统中会大量遇到从时间到数值都连续变化的物理量，称为模拟量，如温度、压力、流量、位移、电压、电流等 微机只能接收数字量处理，处理结果也只能以数字量输出 实际控制系统过程：（见P310，F11-1）
传感器——采集或检测现场模拟信号，并且转换为电信号
放大器——将传感器信号（通常为mV~?V级）放大到A/D转换所需
范围
低通滤波器——抑制干扰，提高信噪比
多路开关——实现用一个A/D转换器处理多个现场参数的切换装置 采样—保持电路——用于提高转换精度和消除转换时间的不确定性
§8.2 D/A转换(digital-analog conversion) 一．D/A电路
·数模转换器通常由四个部分组成，即
权电阻网络、模拟开关、基准电源、运算放大器
·数字量输入D/A转换器后， 模拟开关根据二进制数的“1”或“0”
状态来控制接基准电源或接地，权电阻网络通过模拟开关连接到基准电源上或接地转换成相应的电流输出，运算放大器则对各电流输出分量按权求和而输出模拟电压
·集成的DAC器件主要用电流模拟开关电流相加型，不管哪种形式
都需要一个数字变电流的电路D/I，然后将I变为电压，若I正比D，则V正比D
1．权电阻网络D/A转换器（P313，F11-3）
Ri=2n-1-i·R （n为位数） Ii?E Rin?1i?0 I??I??bii?0n?1iE Ri bi =1，接-E bi =0，接地
运算放大器的两个基本特点是：
① 放大倍数很大，反相输入端电平接近于“地”（即虚地） ② 输入阻抗很高，输入电流接近0，有If =I 输出电压为 VOUT =If·Rf =I·Rf
n?1i?0VOUT?If?Rf?Rf??bi?Rf??bi
i?0n?1ERiE2n?1?i?R2E?n?1R2i?Rf??bii?0n?1
RfEn?1RE??n?1?bi?2i?f?n?1?NR2i?0R2 其中二进制数N??bi?0n?1i?2i即是输入的二进制数字量
即一个数字量N经D/A转换后可得到与N成正比的模拟量VOUT ·电路缺点：位数越多，权电阻的阻值越多，精度要求很高
2．T型R-2R电阻网络D/A转换器（P314，F11-4）
运算放大器反相输入端相当于地，故不管开关在哪个位置，各电阻
上电流都不变
T型网络特点是，对其中任意一个节点，向右看去电阻都为2R，所
以
E1E，I2?I3?4?2 2R22R1E1E I1?I2?4?1，I0?I1?4?0，即
222?R2?RE Ii?n?i
2?R I3? 总电流（基准电流）不变，为 I? 对于Rf上的电流If为
?Ii?0n?1i
EEn?1If??bi?Ii??bin?i?nbi?2i?2?R2?Ri?0i?0i?0
E?n?N2?RR VOUT?Rf?If?nfN?E
2?R 即数字量N经D/A转换后可得到与N成正比的模拟量 调整Rf可得输出模拟量的范围，通常取Rf =R，有 VOUT?n?1n?11NE n2 ·电路优点：电阻只有两种阻值，容易生产
二．DAC0832芯片
8位数模转换芯片，20脚，可直接与系统总线连接 1．组成（P316，F11-5）
由8位输入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器组成，可进行两次缓冲（LE=1时Q输出随D输入，LE=0时D端被锁存）
8位D/A转换器即上述R-2R的T型电流型开关（还未经变换成电压）
① 特点
输入8位二进制码数字量
可选用二级缓冲型、单级缓冲型、直通型三种工作方式 电流稳定时间为1?s，线性度可调
增益温度补偿0.002%FS/?C（FS——Full Scale满刻度） 可与所有8位微处理机直接相连，所有电平与TTL兼容 单一电源5~15V，功耗20mW ② 引脚
D0~D7：8位输入数字信号，来自系统
输入不足8位时，未用端应接地，否则悬空DAC识别为“1” CS：片选信号，输入低电平有效
CS、ILE、WR1同时有效时，输入数字锁存到8位输入寄存器中
ILE：允许输入锁存，与CS、WR1同时控制输入寄存器 WR1：写信号1，对应输入寄存器 WR2：写信号2，对应DAC寄存器 XFER：传输控制信号，输入低电平有效
XFER与WR2同时有效时，将输入寄存器中的数字再传送
到8位D/A寄存器中锁存起来
Iout1：输出电流1，当DAC寄存器全“1”最大，全“0”为0 Iout2：输出电流2，与Iout1相加为一常数（总电流不变） Rfb：反馈电阻，作为直流运放反馈电阻
VREF：参考电压输入，作为基准电压，要求高精度、高稳定性 可在+10V~-10V范围选择
Vcc：电源电压（数字量电源），在+5V~+15V选择，Vcc=15V状态最佳
AGND：模拟量地 DGND：数字量地
一般情况下两地端相连，高要求场合应分开，两地分开可避
免出现较大的接地电流和感应噪声
2．DAC0832的三种工作方式 ① 双缓冲工作方式（P318，F11-6）
利用两个地址码进行二次输出完成转换 VOUT??NRfb?VREF，N为二进制数字量 256RREF 如：MOV AL，DATA OUT 20H，AL OUT 21H，AL
OUT信号使LE=1，Q=D
OUT信号过后LE=0，D输入端被锁存 ② 单缓冲工作方式
i．一个寄存器直通，另一个受控
如：XFER和WR2同时接地，DAC寄存器直通 MOV AL，DATA OUT 20H，AL
又如：CS和WR1同时接地，输入寄存器直通 MOV AL，DATA OUT 21H，AL
ii．两个寄存器同时选通（合用一个地址）及锁存，即
CS和XFER同时接地址端，WR1和WR2同时接CPU的WR
③ 直通型工作方式
将CS、WR1、WR2和XFER同时接地，ILE接高电平成直通方式，
D/A转换器的输出随输入变化
常用于连续反馈控制系统中
三CPU与不带输入寄存器的D/A芯片的连接 1．8位D/A转换器
可用8212、74LS273、8255A等作锁存器
2．10位D/A转换器
对于大于8位的D/A转换器与8位数据总线的系统连接，应使用两级缓冲
第8章 DA、AD转换
