计算机控制系统第二章1课件.ppt

1、第二章第二章 模拟量输出通道模拟量输出通道n1.1.模拟量输出通道的结构组成与模板通用性；模拟量输出通道的结构组成与模板通用性；n2.82.8位位D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832的原理组成及其接口电路的原理组成及其接口电路n3.123.12位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC1210的原理组成及其接口电路的原理组成及其接口电路 n4.D/A4.D/A转换器的输出方式及其输出电路转换器的输出方式及其输出电路 返回总目录返回总目录 本章要点本章要点:本章主要内容本章主要内容 引引 言言 2.1 D/A2.1 D/A转换器转换器 2.2 2.2 接口电路接口电路 2.

2、3 2.3 输出方式输出方式 2.4 D/A2.4 D/A转换模板转换模板 本章小结本章小结 思考题思考题引引 言言v模拟量输出通道的任务模拟量输出通道的任务-把计算机处理后的数字量信号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，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从而达到控制的目的;v模拟量输出通道模拟量输出通道(称为称为D/AD/A通道或通道或AOAO通道通道)构成构成-一般是由一般是由接口电路、数接口电路、数/模转换器模转换器(简称简称D/AD/A或或DAC)DAC)和电压和电压/电流变电流变换器等换器等;v模拟量输出通道基本构

3、成模拟量输出通道基本构成-多多D/AD/A结构（图结构（图2-1(a)2-1(a)）和共）和共享享D/AD/A结构（图中结构（图中2-1(b)2-1(b)）特点：特点：1、一路输出通道使用一个一路输出通道使用一个D/A转换器。转换器。2 2、D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器。转换器芯片内部一般都带有数据锁存器。3 3、D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用。转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用。4 4、结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立。结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立。5 5、缺点是所需缺点是所需D/A转换器芯片较多。转换器芯片较

4、多。特点：特点：1、多路输出通道共用一个多路输出通道共用一个D/A转换器转换器 2 2、每一路通道都配有一个采样保持放大器、每一路通道都配有一个采样保持放大器 3 3、D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用转换器只起数字到模拟信号的转换作用 4 4、采样保持器实现模拟信号保持功能、采样保持器实现模拟信号保持功能 5 5、节省、节省D/A转换器，转换器，但电路复杂，精度差，可靠但电路复杂，精度差，可靠低，占用低，占用 主机时间。主机时间。2.1 D/A转换器转换器主要内容主要内容 2.1.1 2.1.1 工作原理与性能指标理工作原理与性能指标理 2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832D

5、AC0832芯片芯片 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片2.1.1 工作原理与性能指标工作原理与性能指标 主要知识点主要知识点1 1、D/AD/A转换器工作原理转换器工作原理2 2D/AD/A转换器的性能指标转换器的性能指标 1、D/A转换器工作原理转换器工作原理现以现以 4 位位 D/A 转换器为例说明其工作原理，如图转换器为例说明其工作原理，如图 2-2 所示。所示。链接动画链接动画D/A转换器的组成转换器的组成基准电压（一般为外接）基准电压（一般为外接）位切换开关位切换开关R-2R网络网络集成运算放大器（可内部集成或者外接）集成运算放大器（可内部集成

6、或者外接）输出与输入的关系：输出与输入的关系：nREFOUT2VBV2D/A转换器的性能指标转换器的性能指标 D/A D/A转换器性能指标转换器性能指标-衡量芯片质量的重要衡量芯片质量的重要参数，也是选用参数，也是选用D/AD/A芯片型号的依据。芯片型号的依据。主要性能指标有：主要性能指标有：（1 1）分辨率）分辨率 （2 2）转换精度）转换精度 （3 3）偏移量误差）偏移量误差 （4 4）稳定时间）稳定时间 （5 5）非线性误差）非线性误差（1）分辨率）分辨率 分辨率分辨率-是指当输入数字发生单位数码变化是指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，它取决于能转换的时所对应输出模

7、拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数其分辨率与二进制位数二进制位数其分辨率与二进制位数n n呈下列关系：呈下列关系：分辨率分辨率 =满刻度值满刻度值/（2 2n n-1-1）=V VREF REF/2/2n n（2）转换精度）转换精度 转换精度转换精度-是指转换后所得的实际值和理是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。论值的接近程度。例如，满量程时的理论输出值为例如，满量程时的理论输出值为10V10V，实际输出，实际输出值是在值是在9.99V10.01V9.99V10.01V之间，其转换精度为之间，其转换精度为10mV10mV。对于分辨率很高的。对于分辨率很高的D/AD/A转换器并不一转

8、换器并不一定具有很高的精度。定具有很高的精度。（3）偏移量误差）偏移量误差 偏移量误差偏移量误差-是指输入数字量时，是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。此误差可输出模拟量对于零的偏移值。此误差可通过通过D/AD/A转换器的外接转换器的外接V VREFREF和电位器加以和电位器加以调整。调整。（4）稳定时间）稳定时间 稳定时间稳定时间-是描述是描述D/AD/A转换速度快慢的一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个参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到终值到终值误差误差1/2LSB1/2LSB时时所需的时间。所需的时间。（5）非线性误差）非线性误差 非线性误差-D/A

9、转换器实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差。在转换器设计中，一般要求非线性误差不大于1/2LSB。通常用非线性误差来表示D/A转换器的线性度。2.1.2 8位位DAC0832芯片芯片 主要知识点主要知识点 （1 1）DAC0832DAC0832性能性能 （2 2）DAC0832DAC0832工作原理工作原理 （3 3）DAC0832DAC0832管脚功能管脚功能 （1）DAC0832性能性能一个一个8 8位位D/AD/A转换器转换器电流输出方式电流输出方式稳定时间为稳定时间为1s1s采用采用2020脚双立直插式封装脚双立直插式封装同系列芯片还有同系列芯片还有 DAC0830DAC083

10、0、DAC0831DAC0831（2）DAC0832工作原理工作原理链接动画链接动画DIDI0 0DIDI7 7：数据输入线。：数据输入线。CS:CS:片选信号，低电平有效。片选信号，低电平有效。WR1:WR1:写信号写信号,低电平有效。低电平有效。ILE:ILE:输入允许锁存信号，高电平有效。输入允许锁存信号，高电平有效。XFER(TransferXFER(Transfer Control Signal):Control Signal):传送控制信号，传送控制信号，低电平有效。低电平有效。I IOUT1OUT1:DACDAC电流输出端。电流输出端。I IOUT2OUT2：DACDAC电流输出

11、端。电流输出端。R Rfbfb：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。：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。V VREFREF：基准电压源端，（：基准电压源端，（10 VDC10 VDC，10 VDC10 VDC）。）。V VCCCC：工作电压源端，（：工作电压源端，（5 VDC5 VDC，15 VDC15 VDC）。）。（3）DAC0832管脚功能管脚功能2.1.3 12位位DAC1210芯片芯片 主要知识点主要知识点 （1 1）DAC1210DAC1210性能性能 （2 2）DAC1210DAC1210工作原理工作原理（1）DAC1210性能性能1

12、212位位D/AD/A转换器转换器电流输出方式电流输出方式2424条引脚条引脚内部有三个寄存器：内部有三个寄存器：4 4位输入寄存器位输入寄存器8 8位输入寄存器位输入寄存器1212位位DACDAC寄存器寄存器 （2）DAC1210工作原理工作原理 DAC1210 DAC1210内部有三个寄存器：内部有三个寄存器：8 8位输入寄存器，用于存放位输入寄存器，用于存放1212位数字量中的高位数字量中的高8 8位；位；4 4位输入寄存器，用于存放位输入寄存器，用于存放1212位数字量中的低位数字量中的低4 4位；位；1212位位DACDAC寄存器，存放寄存器，存放1212位数字量；位数字量；1212

13、位位D/AD/A转换器用于完成转换器用于完成1212位数字量的转换。位数字量的转换。图图2-4 DAC12102-4 DAC1210原理框图及引脚原理框图及引脚 链接动画链接动画（2）DAC1210工作原理工作原理2.2 接口电路接口电路 主要知识点主要知识点 n 2.2.1 DAC0832接口电路接口电路n 2.2.2 DAC1210接口电路接口电路进行地址译码，产生片选信号或者写信号。进行地址译码，产生片选信号或者写信号。对对D/A转换器而言，就是要有适当的片选信号和写信转换器而言，就是要有适当的片选信号和写信号来控制输入寄存器和号来控制输入寄存器和DAC寄存器的锁存与数据选通，寄存器的锁

14、存与数据选通，进一步来控制进一步来控制D/A转换的开始。转换的开始。2.2.1 DAC0832接口电路接口电路 根据对输入寄存器控制（通过根据对输入寄存器控制（通过/CS和和/WR1实现）实现）和和DAC寄存器控制（通过寄存器控制（通过/XFER和和/WR2实现）的连接实现）的连接不同，分为：不同，分为：（1）直通方式）直通方式四控制信号均接有效电平；四控制信号均接有效电平；（2）单缓冲方式）单缓冲方式输入寄存器受控制、输入寄存器受控制、DAC寄存器直寄存器直通；通；（3）双缓冲方式）双缓冲方式两寄存器均受控制。两寄存器均受控制。链接动画链接动画1链接动画链接动画2DAC0832的单缓冲接口电

15、路（与单片机）的单缓冲接口电路（与单片机）DAC0832的单缓冲接口电路（与的单缓冲接口电路（与CPU8088）2.2.2 DAC1210接口电路接口电路 图图2-6 DAC12102-6 DAC1210接口电路接口电路 链接动画链接动画2.3 输出方式输出方式 2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 2.3.3 2.3.3 自动自动/手动输出方式手动输出方式2.3.1 电压输出方式电压输出方式 由于系统要求不同，电压输出方式由于系统要求不同，电压输出方式又可分为又可分为单极性输出单极性输出和和双极性输出双极性输出两种两种形式。下面以

16、形式。下面以8 8位的位的DAC0832DAC0832芯片为例作芯片为例作一说明。一说明。1DAC单极性输出单极性输出 256REFOUTVBV001166772222 DDDDB式中：式中：VREF/256是常数是常数结论结论V VOUTOUT和和 B B 成正比关系；成正比关系；V VOUTOUT 与与 V VREFREF 极性相反；极性相反；DACDAC单极性输出方式所示，单极性输出方式所示，的单极性输的单极性输出表达式为：出表达式为：2DAC双极性输出方式双极性输出方式0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT1318REF18OUT22)2

17、(VBV12B1-8REFOUT2VV或或运放运放 A2 的作用的作用-将运放将运放 A1 的单向输出变为双向输出。的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于当输入数字量小于 80 H即即128时，输出模拟电压为负；时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于当输入数字量大于 80 H即即128时，输出模拟电压为正。时，输出模拟电压为正。2.3.2 电流输出方式电流输出方式电流输出方式一般有两种形式：电流输出方式一般有两种形式：1 1普通运放普通运放V/IV/I变换电路变换电路 2 2集成转换器集成转换器V/IV/I变换电路变换电路 1普通运放普通运放V/I变换电路变换电路 （1 1）0-10 0-1

18、0 mAmA的输出的输出 构成构成运放运放A A、三极管、三极管T T1 1T T2 2，输入电阻，输入电阻R R1 1 和和 R R2 2，反馈电阻，反馈电阻R Rf f ，负载等效电阻。，负载等效电阻。优点优点具有较强的电流反馈及较好的恒流性能具有较强的电流反馈及较好的恒流性能（2 2）4-20 4-20 mAmA的输出的输出构成构成两个运放两个运放A A1 1、A A2 2均接成射极输出形式。均接成射极输出形式。2集成转换器集成转换器V/I变换电路变换电路集成集成V/IV/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20性能：性能：采用单正电源供电，电源电压范围为采用单正电源供电，电源电压范围为1

19、01032V32V；ZF2B20ZF2B20的输入电阻为的输入电阻为10K10K；动态响应时间小于动态响应时间小于25S25S；非线性小于土非线性小于土0.0250.025。应用举例应用举例（a a）所示电路是一种带初值校准的）所示电路是一种带初值校准的0 010V10V到到4 420mA20mA的转换电路；的转换电路；（b b）则是一种带满度校准的）则是一种带满度校准的0 010V10V到到0 010mA10mA的转换电路；的转换电路；特点低漂移，在工作温度为特点低漂移，在工作温度为-25-258585范围内，最大温漂为范围内，最大温漂为 0.0050.005/。图图2-12 2-12 ZF

20、2B20V/I变换电路变换电路2.3.3 自动自动/手动输出方式手动输出方式图图2-13 2-13 带自动带自动/手动切换的手动切换的V/I变换电路变换电路 2.4 D/A转换模板转换模板n 2.4.1 D/A转换模板的通用性转换模板的通用性 n 2.4.2 D/A转换模板的设计举例转换模板的设计举例 2.4.1 D/A转换模板的通用性转换模板的通用性 为了便于系统设计者的使用，为了便于系统设计者的使用，D/AD/A转换模板转换模板应具有通用性，它应具有通用性，它主要体现在三个方面主要体现在三个方面：1 1符合总线标准符合总线标准 2 2接口地址可选接口地址可选 3 3输出方式可选输出方式可选

21、 1符合总线标准符合总线标准总线总线-指计算机内部的总线结构指计算机内部的总线结构,D/A,D/A 转换模板转换模板及其它所有电路模板都应符合统一的总线标准，及其它所有电路模板都应符合统一的总线标准，以便设计者在组合计算机控制系统硬件时以便设计者在组合计算机控制系统硬件时,只需只需往总线插槽上插上选用的功能模板而无需连线，往总线插槽上插上选用的功能模板而无需连线，十分方便灵活。十分方便灵活。例如例如-STDSTD总线标准规定模板尺寸为总线标准规定模板尺寸为165165114mm114mm，模板总线引脚共有模板总线引脚共有5656根，并详细规定了每只引脚根，并详细规定了每只引脚的功能。的功能。2

22、接口地址可选接口地址可选链接动画链接动画3输出方式可选输出方式可选 方式构成方式构成:D/AD/A转换模板各种电压输出和电流输出转换模板各种电压输出和电流输出 方式组合在一起，然后通过短接柱来方式组合在一起，然后通过短接柱来 选定某一种输出方式。选定某一种输出方式。常用输出范围是：常用输出范围是：0 05V5V、0 010V10V、5V5V、0 010mA10mA、4 420mA20mA等。等。2.4.2 D/A转换模板的设计举例转换模板的设计举例 v 1 1、D/A D/A 转换模板的设计原则转换模板的设计原则v 2 2、D/A D/A 转换模板的设步骤转换模板的设步骤v 3 3、8 8路路

23、8 8位位D/AD/A转换模板实例转换模板实例 1、D/A 转换模板的设计原则转换模板的设计原则 D/A D/A 转换模板设计主要考虑以下几点：转换模板设计主要考虑以下几点：(1)(1)安全可靠：安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离技术。技术。(2)(2)性能性能/价格比高：价格比高：既要在性能上达到预定的技术指标，又既要在性能上达到预定的技术指标，又要在技术路线、芯片元件上降低成本。要在技术路线、芯片元件上降低成本。(3)(3)通用性：通用性：D/AD/A转换模板应符合总线标准，其接口地转换模板应符合总线标准，其接口地 址及址及输出方式应具备

24、可选性。输出方式应具备可选性。2、D/A 转换模板的设步骤转换模板的设步骤 D/AD/A转换模板的设计步骤是：转换模板的设计步骤是：确定性能指标确定性能指标设计电路原理图设计电路原理图设计和制造印制线路板设计和制造印制线路板最后焊接和调试电路板最后焊接和调试电路板 3、8路路8位位D/A转换模板实例转换模板实例思考题思考题1 1、画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。、画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。2 2、D/AD/A转换器的性能指标有哪些？转换器的性能指标有哪些？3 3、结合图、结合图2-32-3，分析说明，分析说明DAC0832DAC0832的内部结构组成及

25、其作用。的内部结构组成及其作用。4 4、结合图、结合图2-52-5分析说明由分析说明由DAC0832DAC0832组成的单缓冲接口电路的组成的单缓冲接口电路的工作过程，编写完成一次工作过程，编写完成一次D/AD/A转换的接口程序。转换的接口程序。5 5、结合图、结合图2-62-6分析说明由分析说明由DAC1210DAC1210组成的接口电路的工作过组成的接口电路的工作过程，编写完成一次程，编写完成一次D/AD/A转换的接口程序。转换的接口程序。思考题（续）思考题（续）n6 6、简单说明、简单说明D/AD/A转换输出电路有几种输出方式。转换输出电路有几种输出方式。n7 7、结合图、结合图2-132-13分析说明自动分析说明自动/手动双向无扰动手动双向无扰动切换过程。切换过程。n8 8、结合图、结合图2-32-3，分析说明，分析说明DAC0832DAC0832的内部结构的内部结构组成及其作用。组成及其作用。n9 9、结合图、结合图2-142-14分析说明基址与片址的译码过分析说明基址与片址的译码过程。程。n1010、结合图、结合图2-152-15分析说明分析说明D/AD/A转换模板的结构转换模板的结构组成及各部分逻辑功能。组成及各部分逻辑功能。