第七章-7.3数模转换.pptVIP

§7.3 D/A接口技术 单片机广泛应用于检测及过程的自动控制中,必须先把外部采集到的模拟量,例如电压、电流、温度、压力、速度、加速度等通过A/D转换器(analog to digital converter, ADC)转换成数字量,送到计算机进行处理。所得结果再通过D/A转换器(digital to analog converter, DAC)转换为与输入数字量成正比的模拟量（电压、电流或脉冲宽度等）,去驱动执行部件完成对被控参数的控制。所以ADC、 DAC也是单片机在工控中不可缺少的部分。 7.3.1 D/A转换器概述 D/A转换器的基本功能是将一个用二进制形式表示的数字量转换成相应的模拟量，为单片机在模拟环境中的应用提供了一种数据转换接口。 1、 D/A转换器的输入方式 串行方式：适用于要求转换速度不高的系统中，占用接口资源少，方便连接。 并行方式：适用于转换数据量较大，且要求转换速度较高的系统中。 2、 D/A转换器的输出形式 电压输出：输出的模拟量为电压信号。 电压输出又有单极性(0V~5V、 0V~12V等)和双极性(±5V、 ±12V等)之分，可根据需要选择。 电流输出：输出的模拟量为电流信号。 在实际应用中如需要模拟电压，对于电流输出的D/A，可在其输出端加运算放大器，通过运算放大器构成电流-电压转换电路。 3、 D/A转换器的锁存器 由于D/A转换总是需要一定的时间，在这段时间内待转换的数字量应保持稳定，因此DAC对输入端是否具有锁存功能也是必须考虑的因素之一，它直接关系到DAC与单片机的接口设计。 内部无锁存功能的DAC：可直接与具有锁存功能的I/O接口相连。（如DAC800） 内部有锁存功能的DAC：内部都附加有地址译码器，有的还具有双重或多重数据缓冲电路。（如DAC0832、AD7542） 7.3.2 D/A转换器的性能指标 DAC性能指标是选用DAC芯片型号的依据，也是衡量芯片质量的重要参数。 DAC性能指标很多，主要有以下四个： 1、分辨率（resolution） 2、转换精度（conversion accuracy） 3、偏移量误差（offset error） 4、线性度（linearity） 1、分辨率 是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC所能分辨的最小电压增量定义为满量程值的 倍 。 例如：满量程为10V的8位DAC芯片的分 辨率为10V× =39mV； 一个同样量程的16位DAC的分辨率高达 10V× =153μV 简单的说： 设n为输出数字量的位数，Vmax为输入模拟电压的满度值(满量程)，则分辨率定义为： 2、转换精度 转换精度是指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。 例如：满量程时理论输出值为10V，实际输出值是在9.99~10.01V之间，其转换精度为±10mV。 通常，DAC的转换精度为分辨率的一半，即LSB/2。 3、偏移量误差 是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。 这种误差通常可以通过DAC的外接VREF(参考电压)和电位计加以调整。 4、线性度 是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏差。 通常线性度不应超出±1/2LSB。 7.3.3 D/A转换器的原理 D/A转换器的原理很简单，可总结为： “按权展开，然后相加” 即：它将数字量的每位按权值分别转换成模拟量，再通过运算放大器求和相加，因此D/A转换器内部必须有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。 二进制加权电阻网络型D/A转换器 为什么现代D/A转换器多采用T型电阻网络？ 在二进制加权电阻网络中，每位二进制的D/A转换是通过相应位加权电阻实现的，这必然导致加权电阻阻值差别极大，尤其在DAC位数较大时。 这么大的电阻值在VLSI技术中很难制造出来，即便制造出来，其精度也很难符合要求。 因此，现代D/A转换器几乎毫无例外地采用T型电阻网络进行解码活动。 现以4位D/A转换器为例说明T型电阻网络原理。下图是其原理图。桥上电阻为R，桥臂电阻为2R，OA为运算放大器，A点为虚拟地，VREF为参考电压，S3~S0为电子开关，受4位DAC寄存器中的b3b2b1b0控制。为了分析问题，设b3b2b1b0全为“1”，故S3S2S1S0全部和“1”端相连，根据克希荷夫定律，关系式(1)~(4)成立。 上述讨论表明：D/A转换过程主要由解码网络实现，而且是并行工作的。 换句话说， D/A转换器并行输入数字量，每位代码也是同时被转换