第9章DA和AD转换剖析.docVIP

第八章 D/A和A/D转换 基本内容：D/A转换和A/D转换的基础知识，D/A转换芯片0832和A/D转换芯片0809的应用。 基本要求：了解D/A转换的基础知识；掌握0832和0809的结构及使用 重点内容：D/A转换和A/D转换的工作原理 难点内容：0832和0809的工作方式。 在自动化领域中，常常通过微型计算机对客观事物的变化信息进行采集、处理、分析和实时控制。客观事物变化的信息有温度、速度、压力、流量、电流、电压等一些连续变化的物理量。而计算机只能处理离散的数字量，那么这些模拟信号如何变化才能被计算机接收并可进行处理的数字量呢？计算机输出的是数字量，但大多数被控设备不能直接接收数字信号，所以还需将计算机输出的数字信号转化成为模拟信号，去控制或驱动被控设备，那么这些数字信号又是如何变化成模拟信号的呢？对一个控制系统要从以下三方面考虑问题。 图1 一个包含A/D和D/A转换环节的控制系统 1. 传感器 温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。 2. A/D转换器(Analog to Digital Converter, ADC) 把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。 3. D/A转换器(Digital to Analog Converter, DAC) 把经过计算机分析处理的数字信号 转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。 可见，D/A转换是A/D转换的逆过程。这两个互逆的转换过程以及传感器构成一个闭合控制系统，如图1所示。 第一节 数模转换 一、D/A转换器的工作原理 D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。数字量输入的位数有8位、12位和16位等，输出的模拟量有电流和电压两种。 D/A转换器工作原理D/A转换器用于将数字量转换成模拟量。它的输入量是数字量D，输出量为模拟量V0，要求输出量与输入量成正比，即V0=D×VR,其中VR为基准电压。 数字量是由一位一位的数字构成，每个数位都代表一定的权。例最高位的权是27，所以此位上的代码1表示数值1×128。因此，数字量D可以用每位的权乘以其代码值，然后各位相加。具体公式如下： D=dn-1·2n-1+dn-2·2n-2+:+d0·20其中dn-1,dn-2,:,d0为各位的代码值；2n-1,2n-2,:,20为各位的权。 由以上两个式子可推导出V0= dn-1·2n-1·VR+ dn-2·2n-2·VR+:+d1·21·VR+ d0·20·VR将输入的每一位转换为与其权对应的模拟量，各位对应的模拟量相加得到D/A转换器的输出。模拟量输出与数字量输入成正比。 1、运算放大器的工作特点和原理（稍提一下即可） 特点 ： 1、开环放大倍数非常高 2、输入阻抗非常大 3、输出阻抗很小 运算放大器的原理： (a) 运算放大器的输入和输出 (b) 带反馈电阻的运算放大器 (c) 输入端有4个支路的运算放大器由此可求得带有反馈电阻的运算放大器的放大倍数为 2、由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器 (a)最简单的D/A转换器 (b) 阶梯波电压 3、T型权电阻网络 采用T型电阻网络的D/A转换器 二、 D/A转换器的输出 电流输出和电压输出 D/A转换的结果若是与输入二进制码成比例的电流，称为电流DAC； 若是与输入二进制码成比例的电压，称为电压DAC。 常用的D/A转换芯片大多属于电流DAC，然而在实际应用中，多数情况需要电压输出，这就需要把电流输出转换为电压输出，采取的措施是用电流DAC电路外加运算放大器。 三、D/A转换器的性能参数 (1) 分辨率 阶梯波的每一级增量对应输入数据的最低数位1，在D/A转换时，将最低位增1所引起的增量和最大输入量的比称为分辨率，即 分辨率＝1/(2n-1) 其中，n为二进制数位的数目。 分辨率也常用百分比表示，所以，4位的D/A转换器的分辨率也等于1/15＝6.67％。显然，位数越多，分辨率越好。 （2）转换精度 转换精度表明了模拟输出实际值与理想值之间的偏差。 精度可分为绝对精度和相对精度。 绝对精度是指在输入端加入给定数字量时，在输出端实测的模拟量与理论值之间的偏差。 相对精度是指当满量程值校准后，输入的任何数字量所对应的模拟输出值与理论值的误差。 D/A转换器的转换精度与D/A转换器的本身芯片的结构和与外接电路的配置有关。外接运算放大器，外接参考电源，都可影响D/A转换器的精度。 通常，相对转换精度比绝对转换精度更有实用性。 除了分辨率和转换精度外，D/A转换时涉及的参