1、第二章第二章 模擬量輸出通道模擬量輸出通道本章要點本章要點1.1.模擬量輸出通道的結構組成與模板通用性；模擬量輸出通道的結構組成與模板通用性； 2.2.8 8位位D/AD/A轉換器轉換器DAC0832DAC0832的原理組成及其接口電路的原理組成及其接口電路3. 3. 1212位位D/AD/A轉換器轉換器DAC1210DAC1210的原理組成及其接口電路的原理組成及其接口電路 4. 4. D/AD/A轉換器的輸出方式及其輸出電路轉換器的輸出方式及其輸出電路 本章主要內容本章主要內容 引引 言言 2.1 2.1 D/AD/A轉換器轉換器 2.2 2.2 接口電路接口電路 2.3 2.3 輸出方式

2、輸出方式 2.4 D/A2.4 D/A轉換模板轉換模板 本章小結本章小結 思考題思考題引引 言言v模擬量輸出通道的任務模擬量輸出通道的任務-把計算機處理后的數字量信號把計算機處理后的數字量信號轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應的執行器，轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應的執行器，從而達到控制的目的從而達到控制的目的; ; v模擬量輸出通道模擬量輸出通道( (稱為稱為D/AD/A通道或通道或AOAO通道通道) )構成構成-一般是由一般是由接口電路、數接口電路、數/ /模轉換器模轉換器( (簡稱簡稱D/AD/A或或DAC)DAC)和電壓和電壓/ /電流變電流變換器等換器等; ;v模擬量輸出

3、通道基本構成模擬量輸出通道基本構成-多多D/AD/A結構（圖結構（圖2-1(a)2-1(a)）和共）和共享享D/AD/A結構（圖中結構（圖中2-1(b)2-1(b)） 圖 3-1接口電路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a) 多D/A結構PC總線特點：特點：1、一路輸出通道使用一個一路輸出通道使用一個D/A轉換器轉換器 2 2、 D/A轉換器芯片內部一般都帶有數據鎖存器轉換器芯片內部一般都帶有數據鎖存器 3 3、 D/A轉換器具有數字信號轉換模擬信號、信號保持作用轉換器具有數字信號轉換模擬信號、信號保持作用 4 4、 結構簡單，轉換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立結構簡單，轉換速度快，

4、工作可靠，精度較高、通道獨立 5 5、 缺點是所需缺點是所需D/A轉換器芯片較多轉換器芯片較多接口電路通道 1通道nD/AV/IV/I多路開關采樣保持器采樣保持器（b）共享D/A結構PC總線圖 3-1特點：特點：1、多路輸出通道共用一個多路輸出通道共用一個D/A轉換器轉換器 2 2、每一路通道都配有一個采樣保持放大器、每一路通道都配有一個采樣保持放大器 3 3、 D/A轉換器只起數字到模擬信號的轉換作用轉換器只起數字到模擬信號的轉換作用 4 4、采樣保持器實現模擬信號保持功能、采樣保持器實現模擬信號保持功能 5 5、節省、節省D/A轉換器，轉換器，但電路復雜，精度差，可靠但電路復雜，精度差，可

5、靠低、占用主低、占用主機時間機時間 2.1 D/A2.1 D/A轉換器轉換器主要內容主要內容 2.1.1 2.1.1 工作原理與性能指標工作原理與性能指標 2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片2.1.1 2.1.1 工作原理與性能指標工作原理與性能指標 主要知識點1、D/A轉換器工作原理2D/A轉換器的性能指標 1 1、D/AD/A轉換器工作原理轉換器工作原理+A-數數字字量量輸輸入入TUOV基基準準電電壓壓關關開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB

6、1DR-2R電阻網絡 圖圖 3-2 D/A 轉換器原理框圖R2D3D0D運運算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb現以現以 4 位位 D/A 轉換器為例說明其工作原理，如圖轉換器為例說明其工作原理，如圖 2-2 所示。所示。 假設假設D3D3、D2D2、D1D1、D0D0全為全為1 1，則，則BS3BS3、BS2BS2、BS1BS1、BS0BS0全部與全部與“1”1”端相連。根據電流定律，有：端相連。根據電流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVII4REF010222RVRVI4REF3REF3222 由于開關由于開關 BSBS3 3

7、 BS BS0 0 的狀態是受要轉換的二進制數的狀態是受要轉換的二進制數 D3D3、D2D2、D1D1、D0 D0 控制的，并不一定全是控制的，并不一定全是“1”1”。因此，可以得到通式：。因此，可以得到通式：00112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(考慮到放大器反相端為虛地，故：考慮到放大器反相端為虛地，故：OUTRfbII選取選取 R Rfbfb = = R R ，可以得到：，可以得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf 對于對于 n n 位位 D/A D/A 轉換器，它的輸出電壓轉換器，它的輸出電壓V

8、 VOUTOUT與輸入二進制數與輸入二進制數B( DB( Dn-1n-1 D D0 0) ) 的關系式可寫成：的關系式可寫成：nnnnnVDDDDV2)2222(REF00112211OUT nVB2REFv 結論：由上述推導可見，輸出電壓除了與輸入的二進制數有關，結論：由上述推導可見，輸出電壓除了與輸入的二進制數有關，還與運算放大器的反饋電阻還與運算放大器的反饋電阻 R Rfbfb以及基準電壓以及基準電壓V VREFREF有關。有關。2D/A轉換器的性能指標 D/A D/A轉換器性能指標是衡量芯片質量的重要轉換器性能指標是衡量芯片質量的重要參數，也是選用參數，也是選用D/AD/A芯片型號的依

9、據。主要性能芯片型號的依據。主要性能指標有：指標有： （1 1）分辨率）分辨率 （2 2）轉換精度）轉換精度 （3 3）偏移量誤差）偏移量誤差 （4 4）穩定時間）穩定時間（1 1）分辨率）分辨率 分辨率分辨率-是指是指 D/A D/A 轉換器能分辨的最小輸出模轉換器能分辨的最小輸出模擬增量，即當輸入數字發生單位數碼變化時所對應擬增量，即當輸入數字發生單位數碼變化時所對應輸出模擬量的變化量，它取決于能轉換的二進制位輸出模擬量的變化量，它取決于能轉換的二進制位數，數字量位數越多，分辨率也就越高數，數字量位數越多，分辨率也就越高 。其分辨。其分辨率與二進制位數率與二進制位數n n呈下列關系：呈下列

10、關系：分辨率分辨率 = = 滿刻度值滿刻度值/ /（2 2n n-1-1）= =V VREF REF / 2/ 2n n（2 2）轉換精度）轉換精度 轉換精度轉換精度-是指轉換后所得的實際值和理是指轉換后所得的實際值和理論值的接近程度。它和分辨率是兩個不同的概論值的接近程度。它和分辨率是兩個不同的概念。例如，滿量程時的理論輸出值為念。例如，滿量程時的理論輸出值為10V10V，實，實際輸出值是在際輸出值是在9.99V10.01V9.99V10.01V之間，其轉換精度之間，其轉換精度為為10mV10mV。對于分辨率很高的。對于分辨率很高的D/AD/A轉換器并不轉換器并不一定具有很高的精度。一定具有

11、很高的精度。 （3 3）偏移量誤差）偏移量誤差 偏移量誤差偏移量誤差-是指輸入數字量時，輸是指輸入數字量時，輸出模擬量對于零的偏移值。此誤差可通出模擬量對于零的偏移值。此誤差可通過過D/AD/A轉換器的外接轉換器的外接V VREFREF和電位器加以調和電位器加以調整。整。（4）穩定時間 穩定時間穩定時間-是描述是描述D/AD/A轉換速度快慢的一個轉換速度快慢的一個參數，指從輸入數字量變化到輸出模擬量達到參數，指從輸入數字量變化到輸出模擬量達到終值誤差終值誤差1/2LSB1/2LSB時所需的時間。顯然，穩定時時所需的時間。顯然，穩定時間越大，轉換速度越低。對于輸出是電流的間越大，轉換速度越低。對

12、于輸出是電流的D/AD/A轉換器來說，穩定時間是很快的，約幾微轉換器來說，穩定時間是很快的，約幾微秒，而輸出是電壓的秒，而輸出是電壓的D/AD/A轉換器，其穩定時間轉換器，其穩定時間主要取決于運算放大器的響應時間。主要取決于運算放大器的響應時間。2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片主要知識點主要知識點 （1 1） DAC0832DAC0832性能性能 （2 2） DAC0832DAC0832工作原理工作原理 （3 3） DAC0832DAC0832管腳功能管腳功能 （1 1） DAC0832DAC0832性能性能一個8位D/A轉換器電流輸出方式穩定時間為1s采用

13、20腳雙立直插式封裝同系列芯片還有 DAC0830、DAC0831（2 2） DAC0832DAC0832工作原理工作原理(M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(L SB )IL EC S1RW2RWX F E R當當 L E =1時時 , ,輸輸 出出 數數據據 隨隨 輸輸 入入 變變 化化 。L E 2FERV1TUOI2TUOIRf bA G N DD G N DCCVDQDQDQDQ 8位位 輸輸 入入寄寄 存存 器器 8位 D A C寄 存 器 8位 D A C轉轉 換換 器器圖 3-3 D A C 0832原 理 框 圖 及 引 腳當當 L E =0時時 ,

14、 ,輸輸 出出 數數據據 被被 鎖鎖 存存 。L E 1傳送控制傳送控制 DAC0832DAC0832的原理框圖及引腳如圖的原理框圖及引腳如圖2-32-3所示。所示。DAC0832DAC0832主要由主要由8 8位輸入寄存器、位輸入寄存器、8 8位位DACDAC寄存器、寄存器、8 8位位D/AD/A轉換器以及輸入控制電路四部分組成。轉換器以及輸入控制電路四部分組成。8 8 位輸入寄存器用于存放主機送來的數字量，位輸入寄存器用于存放主機送來的數字量，使輸入數字量得到使輸入數字量得到緩沖和鎖存緩沖和鎖存，由，由LE1LE1加以控加以控制；制；8 8位位DACDAC寄存器用于存放待轉換的數字量，寄存

15、器用于存放待轉換的數字量，由由LE2LE2加以控制；加以控制；8 8位位D/AD/A轉換器輸出與數字量轉換器輸出與數字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制入控制電路來控制2 2個寄存器的選通或鎖存狀個寄存器的選通或鎖存狀態。態。DIDI0 0DIDI7 7：數據輸入線，其中：數據輸入線，其中DIDI0 0為最低有效位為最低有效位LSB LSB ，DIDI7 7為為 最高最高有效位有效位MSBMSB。CSCS：片選信號，輸入線，低電平有效。：片選信號，輸入線，低電平有效。WR1WR1：寫信號：寫信號1 1，輸入線，低電平有效。，輸入線

16、，低電平有效。ILEILE：輸入允許鎖存信號，輸入線，高電平有效：輸入允許鎖存信號，輸入線，高電平有效 當當ILEILE、 CSCS和和WR1 WR1 同時有效時，同時有效時，8 8位輸入寄存器端為高電平位輸入寄存器端為高電平11，此時寄存器的輸出端此時寄存器的輸出端Q Q跟隨輸入端跟隨輸入端D D的電平變化；反之，當端為低的電平變化；反之，當端為低電平電平00時，原時，原D D 端輸入數據被鎖存于端輸入數據被鎖存于Q Q端，在此期間端，在此期間D D端電平的端電平的變化不影響變化不影響Q Q端。端。 （3 3） DAC0832DAC0832管腳功能管腳功能XFER(Transfer Cont

17、rol Signal):XFER(Transfer Control Signal):傳送控制信號，輸入傳送控制信號，輸入線，線， 低電平有效。低電平有效。I IOUT1OUT1：DACDAC電流輸出端電流輸出端1 1，一般作為運算放大器差動輸入，一般作為運算放大器差動輸入信號之一。信號之一。I IOUT2OUT2：DACDAC電流輸出端電流輸出端2 2，一般作為運算放大器另一個差，一般作為運算放大器另一個差動輸入信號。動輸入信號。 R Rfbfb：固化在芯片內的反饋電阻連接端，用于連接運算放：固化在芯片內的反饋電阻連接端，用于連接運算放大器的輸出端。大器的輸出端。 V VREFREF：基準電壓

18、源端，輸入線，：基準電壓源端，輸入線， 10 VDC 10 VDC 10 VDC10 VDC。 V VCCCC：工作電壓源端，輸入線，：工作電壓源端，輸入線， 5 VDC 5 VDC 15 VDC15 VDC。v 當當WR2WR2和和XFERXFER同時有效時，同時有效時，8 8位位DACDAC寄存器端為高寄存器端為高電平電平“1”1”，此時，此時DACDAC寄存器的輸出端寄存器的輸出端Q Q跟隨輸入端跟隨輸入端D D也也就是輸入寄存器就是輸入寄存器Q Q端的電平變化；反之，當端為低電平端的電平變化；反之，當端為低電平“0”0”時，第一級時，第一級8 8位輸入寄存器位輸入寄存器Q Q端的狀態則

19、鎖存到第端的狀態則鎖存到第二級二級8 8位位DACDAC寄存器中，以便第三級寄存器中，以便第三級8 8位位DACDAC轉換器進行轉換器進行D/AD/A轉換。轉換。v 一般情況下為了簡化接口電路，可以把一般情況下為了簡化接口電路，可以把WR2WR2和和XFERXFER直接接地，使第二級直接接地，使第二級8 8位位DACDAC寄存器的輸入端到輸出端寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級直通，只有第一級8 8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的的單緩沖輸入單緩沖輸入方式。方式。 特殊情況下可采用特殊情況下可采用雙緩沖輸入雙緩沖輸入方方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。式

20、，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片主要知識點 （1 1） DAC1210DAC1210性能性能 （2 2） DAC1210DAC1210工作原理工作原理（1 1） DAC1210DAC1210性能性能 DAC1210-DAC1210-是一個是一個1212位位D/AD/A轉換器，電轉換器，電流輸出方式，其結構原理與控制信號功流輸出方式，其結構原理與控制信號功能基本類似于能基本類似于 DAC0832DAC0832。由于它比。由于它比 DAC0832DAC0832多了多了4 4條數據輸入線，故有條數據輸入線，故有2424條條

21、引腳，引腳，DAC 1210DAC 1210內部原理框圖如圖內部原理框圖如圖2-42-4所所示，其同系列芯片示，其同系列芯片DAC1208DAC1208、DAC1209DAC1209可可以相互代換。以相互代換。（2 2） DAC1210DAC1210工作原理工作原理DAC1210DAC1210內部有三個寄存器：內部有三個寄存器： 一個一個8 8位輸入寄存器，用于存放位輸入寄存器，用于存放1212位數字量中的高位數字量中的高8 8位位DIDI1111DIDI4 4；一個；一個4 4位輸入寄存器，用于存放位輸入寄存器，用于存放1212位數字位數字量中的低量中的低4 4位位DIDI3 3 DI0 D

22、I0； 一個一個1212位位DACDAC寄存器，存放上述兩個輸入寄存器送來寄存器，存放上述兩個輸入寄存器送來的的1212位數字量；位數字量； 1212位位D/AD/A轉換器用于完成轉換器用于完成1212位數字量的轉換。位數字量的轉換。 由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制3 3個寄存個寄存器的選通或鎖存狀態。其中引腳（片選信號、低電平器的選通或鎖存狀態。其中引腳（片選信號、低電平有效）、（寫信號、低電平有效）和有效）、（寫信號、低電平有效）和BYTE1/BYTE1/（字節控（字節控制信號）的組合，制信號）的組合， 用來控制用來控制 8 8 位輸入寄存器和

23、位輸入寄存器和 4 4 位位輸入寄存器。輸入寄存器。QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄寄入輸位8器存寄寄入輸位41 2 位D A C寄 存 器1 2 位位D /A轉轉 換換 器器L E 3L E當= 1 時 ， Q = D ;L E當當= 0 時 ， 鎖 存 數 據L E 2L E 1(M S B )D ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID I111 01234567890(L S B )B Y T E /B Y T EC SW RX F E RW R2121FERVD G N D2TUOI1TUOIbfRDNGAccV圖 3 -4 D A C 1 2 1 0

24、原 理 框 圖 及 引 腳圖圖2-4 DAC12102-4 DAC1210原理框圖及引腳原理框圖及引腳 當當CSCS、WR1WR1為低電平為低電平“0”0”，BYTE1/BYTE1/為高電平為高電平“1”1”時，與時，與門的輸出門的輸出LE1LE1、LE2LE2為為“1”1”，選通，選通 8 8 位和位和 4 4 位兩個輸入寄存位兩個輸入寄存器，將要轉換的器，將要轉換的1212位數據全部送入寄存器；當位數據全部送入寄存器；當BYTE1/BYTE1/為低電為低電平平“0”0”時，時，LE1LE1為為“0”0”，8 8位輸入寄存器鎖存剛傳送的位輸入寄存器鎖存剛傳送的 8 8 位位數據，而數據，而L

25、E2LE2仍為仍為“1”1”，4 4 位輸入寄存器仍為選通，新的低位輸入寄存器仍為選通，新的低 4 4 位數據將刷新剛傳送的位數據將刷新剛傳送的 4 4 位數據。因此，在與計算機接口位數據。因此，在與計算機接口電路中，計算機必須電路中，計算機必須先送高先送高 8 8 位后送低位后送低 4 4 位位。XFER(XFER(傳送控傳送控制信號、低電平有效制信號、低電平有效) )和和WR2(WR2(寫信號、低電平有效寫信號、低電平有效) )用來控制用來控制 12 12 位位DACDAC寄存器，當寄存器，當XFERXFER和和WR2WR2同為低電平同為低電平“0”0”時，與門輸時，與門輸出出LE3LE3

26、為為“1”1”，12 12 位數據全部送入位數據全部送入DACDAC寄存器，當寄存器，當XFERXFER和和WR2WR2有一個為高電平有一個為高電平“1”1”時，與門輸出時，與門輸出LE3LE3即為即為“0”0”，則，則1212位位DACDAC寄存器鎖存住數據使寄存器鎖存住數據使1212位位D/AD/A轉換器開始數摸轉換。轉換器開始數摸轉換。 2.2 2.2 接口電路接口電路 2.2.1 DAC0832接口電路接口電路 2.2.2 DAC1210接口電路接口電路2.2.1 DAC0832接口電路接口電路A5A9A8A7A6AENA4A1IOWDAC0832DDDDQQQQDI7DI6DI5DI

27、4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1AGND8位DAC寄 存 器8位輸 入寄 存 器8位DAC轉 換 器LE1LE2Rfb-5V圖 3-5 DAC0832的單緩沖接口電路_+TUOVDGNDVCC+5V+5VD7D6D5D4D3D2D1D0A3A2A0 PC總線Y3Y1Y2Y0Y4Y5Y6Y7AGBG1GACB74LS138地址譯碼地址譯碼 由于由于DAC0832DAC0832內部有輸入寄存器，所以它的數據內部有輸入寄存器，所以它的數據總線可直接與主機的數據總線相連，圖總線可直接與主機的數據總線相連，圖2-52-5為為DAC0832DAC0832

28、與與PCPC總線的單緩沖接口電路，它是由總線的單緩沖接口電路，它是由DAC0832DAC0832轉換芯轉換芯片、運算放大器以及片、運算放大器以及74LS13874LS138譯碼器和門電路構成的譯碼器和門電路構成的的地址譯碼電路組成。圖中，的地址譯碼電路組成。圖中，08320832內的內的DACDAC寄存器控寄存器控制端的和直接接地，使制端的和直接接地，使DACDAC寄存器的輸入到輸出始終寄存器的輸入到輸出始終直通；而輸入寄存器的控制端分別受地址譯碼信號與直通；而輸入寄存器的控制端分別受地址譯碼信號與輸入輸出指令控制，即輸入輸出指令控制，即PCPC的地址線的地址線A9A0A9A0經經138138

29、譯碼器譯碼器和門電路產生接口地址信號作為和門電路產生接口地址信號作為DAC0832DAC0832的片選信號，的片選信號，輸入輸出寫信號作為輸入輸出寫信號作為DAC0832DAC0832的寫信號。的寫信號。 D/AD/A轉換轉換接口程序：接口程序：MOV DXMOV DX，220H /220H /口地址如口地址如220H220H送入送入DXDX MOV ALMOV AL，DATA /DATA /被轉換的數據如被轉換的數據如DATADATA送入累送入累加器加器ALAL OUT DXOUT DX，ALAL /送入送入D/AD/A轉換器進行轉換轉換器進行轉換 2.2.2 DAC12102.2.2 DA

30、C1210接口電路接口電路 QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄入輸位8PC總線器存寄入輸位412位DAC寄存器12位D/A轉換器LE3LE2LE1(MSB)DIDIDIDIDIDIDIDI11104567891FERVDGND2TUOI1TUOIbfRDNGAccV圖3-6 DAC1210接口電路CSWRWR2XFERDIDIDIDI1230(LSB)+-5V12VTUOVD7D6D5D4D3D2D1D02A3A4A5A6A7A8A9A0AA1IOW138BYTE /1BYTE2Y0G1GBGACBAY3Y2Y1Y5Y6Y7Y4DAC1210AEN圖圖2-6 DAC12102-6 DAC1

31、210接口電路接口電路 圖圖2-62-6是是1212位位D/AD/A轉換器轉換器DAC1210DAC1210與與PCPC總線的一種接口電路，總線的一種接口電路，它是由它是由DAC1210DAC1210轉換芯片、運算放大器以及地址譯碼電路組轉換芯片、運算放大器以及地址譯碼電路組成。與成。與8 8位位DAC0832DAC0832接口電路不同的是，除了數據總線接口電路不同的是，除了數據總線D7D0D7D0與與DAC1210DAC1210高高8 8位位DI11DI4DI11DI4直接相連，直接相連，D3D0D3D0還要與還要與DAC1210DAC1210低低4 4位位DI3DI0DI3DI0復用，因而

32、控制電路也略為復雜。復用，因而控制電路也略為復雜。 圖中，圖中，CSCS、WR1WR1和和BYTE1/BYTE1/組合，用來依次控制組合，用來依次控制8 8位輸入寄位輸入寄存器（存器（LE1LE1）和）和4 4位輸入寄存器（位輸入寄存器（LE2LE2）的選通與鎖存，）的選通與鎖存，XFERXFER和和WR2WR2用來控制用來控制DACDAC寄存器（寄存器（LE3LE3）的選通與鎖存，）的選通與鎖存，LOWLOW與與WR1WR1、WR2WR2連接，用來在執行輸出指令時獲得低電平有效，譯碼器連接，用來在執行輸出指令時獲得低電平有效，譯碼器的兩條輸出線的兩條輸出線Y0Y0、Y2Y2分別連到分別連到C

33、SCS和和XFERXFER，一條地址線，一條地址線A0A0連到連到BYTE1/BYTE2BYTE1/BYTE2，從而形成，從而形成三個口地址：低三個口地址：低4 4位輸入寄存器為位輸入寄存器為380H380H，高，高8 8位輸入寄存器為位輸入寄存器為381H381H，1212位位DACDAC寄存器為寄存器為384H384H。 在在軟件設計軟件設計中，為了實現中，為了實現8 8位數據線位數據線D0D7D0D7傳送傳送1212位被轉換數，主機須位被轉換數，主機須分兩次傳送分兩次傳送被轉換數。首先被轉換數。首先將被轉換數的高將被轉換數的高8 8位傳給位傳給8 8位輸入寄存器位輸入寄存器DI11DI1

34、1DI4DI4，再將低再將低4 4位傳給位傳給4 4位輸入寄存器位輸入寄存器DI3DI3DI0DI0，然后再打，然后再打開開DACDAC寄存器，把寄存器，把12 12 位數據送到位數據送到1212位位D /AD /A轉換器去轉換器去轉換。當輸出指令執行完后，轉換。當輸出指令執行完后，DACDAC寄存器又自動處于寄存器又自動處于鎖存狀態以保持數模轉換的輸出不變。設鎖存狀態以保持數模轉換的輸出不變。設1212位被轉位被轉換數的高換數的高8 8位存放在位存放在DATADATA單元中單元中, ,低低4 4位存放在位存放在DATA+1DATA+1單元中。單元中。 轉換程序 DACDAC： MOV DXM

35、OV DX，0381H 0381H MOV AL MOV AL，DATA DATA OUT DX OUT DX，AL AL ；送高送高8 8位數據位數據 DEC DXDEC DX MOV AL MOV AL，DATA+1DATA+1 OUT DX OUT DX，AL AL ；送低；送低4 4位數據位數據 MOV DXMOV DX，0384H0384H OUT DX OUT DX，AL AL ；完成；完成1212位數據轉換位數據轉換 2.3 2.3 輸出方式輸出方式 2.3.1 2.3.1 電壓輸出方式電壓輸出方式 2.3.2 2.3.2 電流輸出方式電流輸出方式 2.3.3 2.3.3 自動自

36、動/ /手動輸出方式手動輸出方式引言引言引引 言言 多數多數D/AD/A轉換芯片輸出的是弱電流信號，要轉換芯片輸出的是弱電流信號，要驅動后面的自動化裝置，需在電流輸出端外接驅動后面的自動化裝置，需在電流輸出端外接運算放大器。根據不同控制系統自動化裝置需運算放大器。根據不同控制系統自動化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動輸出以及自動/ /手動切換輸出等多種方式。手動切換輸出等多種方式。2.3.1 2.3.1 電壓輸出方式電壓輸出方式 由于系統要求不同，電壓輸出方式又由于系統要求不同，電壓輸出方式又可分為可分為單極性輸出單極性輸出和和

37、雙極性輸出雙極性輸出兩種形式。兩種形式。下面下面以以8 8位的位的DAC0832DAC0832芯片為例作一說明。芯片為例作一說明。 1 1DAC單極性輸出單極性輸出 圖 3-8 D A C 單 極 性 輸 出 方 式D A C 0832R fb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVD I7D I6D I5D I4D I3D I2D I1D I0D7D6D5D4D3D2D1D0256REFOUTVBV001166772222 DDDDB式中：式中：VREF/256是常數是常數 顯然，顯然，V VOUTOUT和和 B B 成正比關系，輸入成正比關系，輸入數字量數字量 B B 為為 00H

38、00H 時，時，V VOUTOUT也為也為 0 0 ；輸；輸入數字量入數字量 B B 為為FFHFFH即即255255時，時，V VOUTOUT 為與為與 V VREFREF 極性相反的最大值。極性相反的最大值。 DAC單極性輸出方式如圖單極性輸出方式如圖 2-7 所示，所示，由由式式( (3-1) )可得輸出電壓可得輸出電壓VOUT的單極性輸出的單極性輸出表達式為：表達式為：2 2DACDAC雙極性輸出方式雙極性輸出方式 DAC DAC雙極性輸出方式如圖雙極性輸出方式如圖 2-8 2-8 所示。所示。圖 3-9 DAC雙極性輸出方式DAC0832RfbI1TUO2TUOI2RVR2RA2A1

39、I2I3IFERVFERVTUODI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0D7D6D5D4D3D2D1D0V1TUOA1A A1 1 和和 A A2 2 為運算放大器，為運算放大器，A A點為虛地，故可得：點為虛地，故可得： 解上述方程可得雙極性輸出表達式：解上述方程可得雙極性輸出表達式： 0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT13( (2-3) ) 圖中運放圖中運放 A A2 2 的作用是將運放的作用是將運放 A A1 1 的單向輸出變為的單向輸出變為雙向輸出。當輸入數字量小于雙向輸出。當輸入數字量小于 80 H80 H即即128128時

40、，輸出模擬時，輸出模擬電壓為負；當輸入數字量大于電壓為負；當輸入數字量大于 80 H80 H即即128128時，輸出模擬時，輸出模擬電壓為正。其它電壓為正。其它n n位位D/AD/A轉換器的輸出電路與轉換器的輸出電路與DAC0832 DAC0832 相相同，計算表達式中只要把同，計算表達式中只要把 2 28-18-1改為改為2 2n n-1-1即可。即可。 18REF18OUT22)2(VBV12B1 -8REFOUT2VV或或2.3.2 2.3.2 電流輸出方式電流輸出方式 因為電流信號易于遠距離傳送，且不易受干擾，特別是在因為電流信號易于遠距離傳送，且不易受干擾，特別是在過程控制系統中，自

41、動化儀表只接收電流信號，所以在微過程控制系統中，自動化儀表只接收電流信號，所以在微機控制輸出通道中常以電流信號來傳送信息，這就需要將機控制輸出通道中常以電流信號來傳送信息，這就需要將電壓信號再轉換成電流信號，完成電流輸出方式的電路稱電壓信號再轉換成電流信號，完成電流輸出方式的電路稱為為V/IV/I變換電路。變換電路。電流輸出方式電流輸出方式一般有兩種形式：一般有兩種形式： 1 1普通運放普通運放V/IV/I變換電路變換電路 2 2集成轉換器集成轉換器V/IV/I變換電路變換電路 1 1普通運放普通運放V/IV/I變換電路變換電路 （1 1）0 10 mA0 10 mA的輸出的輸出 +-Vin0

42、10 VAT1T2I0Vf+ +VsR1R2R3R4R5R6RfRL圖圖 2-9 0 10 V/ 010 mA的變換電路的變換電路 圖圖2-92-9為為010 V/010 mA010 V/010 mA的變換電路，由運放的變換電路，由運放A A和三極管和三極管T T1 1、T T2 2組成，組成，R R1 1 和和 R R2 2是輸入電阻，是輸入電阻，R Rf f 是反饋電阻，是反饋電阻，R RL L是負載的等效電阻。輸入電壓是負載的等效電阻。輸入電壓V Vin in 經輸入電經輸入電阻進入運算放大器阻進入運算放大器A A，放大后進入三極管，放大后進入三極管T T1 1、T T2 2。由于。由于

43、T T2 2射極接有反饋電阻射極接有反饋電阻R R f f，得到反饋電壓得到反饋電壓V Vf f加至輸入端，形成運放加至輸入端，形成運放A A的差動輸入信號。該變換電路由于具的差動輸入信號。該變換電路由于具有較強的電流反饋，所以有較好的恒流性能。有較強的電流反饋，所以有較好的恒流性能。 R3,R4Rf,RL 輸入電壓輸入電壓 V Vin in 和輸出電流和輸出電流 I Io o 之間關系如下：之間關系如下： 若若 R R3 3、R R4 4R Rf f、R RL L，可以認為，可以認為 I Io o 全部流經全部流經 R Rf f，由此可得，由此可得: : V V V VininR R4 4/

44、 /（R R1 1R R4 4）I Io oR RL LR R1 1 / /（R R1 1R R4 4） V V I Io o（R Rf fR RL L）R R2 2 / /（R R2 2R R3 3） 對于運放，對于運放，有有V V V V，則，則 V VininR R4 4/ /（R R1 1R R4 4）I Io oR RL LR R1 1 / /（R R1 1R R4 4）= I= Io o（R Rf fR RL L）R R2 2 / /（R R2 2R R3 3） 若取若取R R1 1 = R= R2 2 ，R R3 3 = R= R4 4，則由上式整理可得，則由上式整理可得 I I

45、o o = V = VininR R3 3 / /（R R1 1R Rf f ） （3-63-6） 可以看出，輸出電流可以看出，輸出電流 I Io o 和輸人電壓和輸人電壓 V Vinin 呈線性對應的單值函呈線性對應的單值函數關系。數關系。 R R3 3 / /（R R1 1R Rf f）為一常教，與其他參數無關。）為一常教，與其他參數無關。 若取若取V Vinin 0 010 V10 V，R R1 1 = R= R2 2 = 100 k= 100 k，R R3 3 = R= R4 4 =20 k =20 k，R Rf f 200 200 ，則輸出電流，則輸出電流I Io o = 0 10

46、mA= 0 10 mA。（2 2） 4 20 mA4 20 mA的輸出的輸出 圖2-10為1 5 V/ 4 20 mA的變換電路，兩個運放A1、A2均接成射極輸出形式。+-A1+-A2T2T1T3Vin15VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+Vs圖圖2-10 15V/420mA的變換電路的變換電路V3 在穩定工作時在穩定工作時 Vin V1; 所以所以 I1 = V1 /R1 = Vin /R1 又因為又因為 I1 I2 所以所以 Vin /R1 = I2 =（VS - V2 ）/ R2 即即 V2 =VS - VinR2/ R1在穩定狀態下在穩定狀態下，V2 V3，If Io，

47、 故故 Io If =（VS - V3 ）/ Rf = （VS - V2 ）/ Rf 將上式代入得將上式代入得 Io = （VS - VS + VinR2/ R1）/ Rf = VinR2/（R1Rf）（）（3-7） 其中其中 R R1 1 、R R2 2 、R Rf f 均為精密電阻，所以輸出電流均為精密電阻，所以輸出電流 I Io o 線性比線性比例于輸入電壓例于輸入電壓V Vinin，且與負載無關，接近于恒流。，且與負載無關，接近于恒流。 若若R1 =5 k，R2 =2 k，R3 =100 ，當當 Vin =15 V 時時輸輸出電流出電流Io = 420 mA。2 2集成轉換器集成轉換器

48、V/IV/I變換電路變換電路 圖圖2-112-11是集成是集成V/IV/I轉換器轉換器ZF2B20ZF2B20的引腳圖，采用單的引腳圖，采用單正電源供電，電源電壓范圍為正電源供電，電源電壓范圍為101032V32V，ZF2B20ZF2B20的輸入的輸入電阻為電阻為10K10K，動態響應時間小于，動態響應時間小于25S25S，非線性小于，非線性小于土土 0.0250.025。 通過通過ZF2B20ZF2B20可以產生一個與輸入電壓成比例的輸出電流，其可以產生一個與輸入電壓成比例的輸出電流，其輸入電壓范圍是輸入電壓范圍是0 010V10V，輸出電流是，輸出電流是4 420mA20mA。它的特點是低

49、漂移，。它的特點是低漂移，在工作溫度為在工作溫度為-25-258585范圍內，最大溫漂為范圍內，最大溫漂為0.0050.005/。利用。利用 ZF2B20ZF2B20實現實現V/IV/I轉換的電路非常簡單，轉換的電路非常簡單，圖圖2-122-12（a a）所示電路）所示電路是一種是一種帶初值校準的帶初值校準的0 010V10V到到4 420mA20mA的轉換電路；的轉換電路；圖圖2-122-12（b b）則是一種則是一種帶滿度校準的帶滿度校準的0 010V10V到到0 010mA10mA的轉換電路。的轉換電路。2.3.3 2.3.3 自動自動/ /手動輸出方式手動輸出方式 如圖如圖2-132-

50、13所示，是在普通運放所示，是在普通運放V/IV/I變換電路的基礎上，增變換電路的基礎上，增加了自、手動切換開關加了自、手動切換開關K K1 1、K K2 2、K K3 3和手動增減電路與輸出跟和手動增減電路與輸出跟蹤電路。蹤電路。圖圖 2-13 帶自動帶自動/手動切換的手動切換的V/I變換電路變換電路 1 1自動自動/ /手動狀態下的手動狀態下的V/IV/I變換變換（1 1）當開關處于自動（）當開關處于自動（A A）狀態時，運放）狀態時，運放A A2 2與與A A1 1接通，形成一個接通，形成一個電壓比較型跟隨器。電壓比較型跟隨器。當當V Vf f V Vi i時，電路能自動地使輸出電流增大

51、時，電路能自動地使輸出電流增大或減小，最終使或減小，最終使V Vf f = =V Vi i，于是有，于是有 I IL L= =V Vi i/ /（R R9 9+ +W W） （2-62-6） 從上式可以看出，只要電阻從上式可以看出，只要電阻R R9 9、W W穩定性穩定性好，好，A A1 1、A A2 2具有較好的增益，具有較好的增益，該電路就有較高的線性精度。當該電路就有較高的線性精度。當R R9 9+ +W W500500或或250250時，輸出電流時，輸出電流I IL L就以就以 0 010mA10mA或或4 420mA20mA的直流電流信號線性地對應的直流電流信號線性地對應V Vi i

52、的的0 05V5V或或1 15V5V的直流電壓信號。的直流電壓信號。 （2 2）當開關處于手動（）當開關處于手動（H H）狀態時，此時運）狀態時，此時運放放A A2 2與與A A1 1斷開，成為斷開，成為一個保持型反相積分器。一個保持型反相積分器。當按下當按下“增增”按鈕時，按鈕時，V V2 2以一定的速率以一定的速率上升，從而使上升，從而使I IL L也以同樣的速率上升；當按下也以同樣的速率上升；當按下“減減”按鈕按鈕時，時，V V2 2以一以一定的速率下降定的速率下降，I IL L也以同樣的速率下降。負載也以同樣的速率下降。負載R RL L（一般為電動調節閥）（一般為電動調節閥）上的電流上

53、的電流I IL L的升降速率取決于的升降速率取決于R R6 6、R R7 7、C C和電源電壓和電源電壓E E的大小，而手的大小，而手動操作按鈕的時間長短決定輸出電流動操作按鈕的時間長短決定輸出電流I IL L的大小。的大小。 2 2自動自動/ /手動雙向無擾動切換手動雙向無擾動切換（1 1）自動到手動的切換：）自動到手動的切換：當開關當開關K K1 1、K K2 2、K K3 3都從自動（都從自動（A A）切）切換為手動（換為手動（H H）時，）時，“增增”、“減減”兩按鈕處于斷開狀兩按鈕處于斷開狀態，運放態，運放A A2 2為一高輸入阻抗保持器，則為一高輸入阻抗保持器，則A A2 2的輸出

54、的輸出V V2 2幾乎幾乎保持不變，從而維持輸出電流保持不變，從而維持輸出電流I IL L恒定。恒定。（2 2）手動到自動的切換：）手動到自動的切換：在每個控制周期，計算機首先由數在每個控制周期，計算機首先由數字量輸入通道（字量輸入通道（DIDI）讀入開關）讀入開關K K2 2的狀態，以判斷輸出電的狀態，以判斷輸出電路是處于手動狀態或是自動狀態。若是自動狀態，則程路是處于手動狀態或是自動狀態。若是自動狀態，則程序執行本回路預先規定的控制運算，輸出序執行本回路預先規定的控制運算，輸出V Vi i并通過并通過V/IV/I變變換輸出電流換輸出電流I IL L；若為手動狀態，則首先由；若為手動狀態，則

55、首先由A/DA/D通道讀入通道讀入V Vf f并轉換為數字信號，然后原封不動地將此數字信號送出，并轉換為數字信號，然后原封不動地將此數字信號送出，由由D/AD/A轉換為電壓信號送至輸出電路的輸入端轉換為電壓信號送至輸出電路的輸入端V Vi i，這樣就，這樣就使使V Vi i始終與始終與V Vf f相等。相等。 2.4 D/A轉換模板 2.4.1 2.4.1 D/AD/A轉換模板的通用性轉換模板的通用性 2.4.2 D/A2.4.2 D/A轉換模板的設計舉例轉換模板的設計舉例 2.4.1 D/A 2.4.1 D/A轉換模板的通用性轉換模板的通用性 為了便于系統設計者的使用，為了便于系統設計者的使

56、用，D/AD/A轉換模板轉換模板應具有通用性，應具有通用性， 它主要體現在三個方面：它主要體現在三個方面： 1 1符合總線標準符合總線標準 2 2接口地址可選接口地址可選 3 3輸出方式可選輸出方式可選 1 1符合總線標準符合總線標準 這里的總線這里的總線是指計算機內部的總線結構是指計算機內部的總線結構,D/A ,D/A 轉換轉換模板及其它所有電路模板都應符合統一的總線標準，以模板及其它所有電路模板都應符合統一的總線標準，以便設計者在組合計算機控制系統硬件時便設計者在組合計算機控制系統硬件時, , 只需往總線插只需往總線插槽上插上選用的功能模板而無需連線，十分方便靈活。槽上插上選用的功能模板而

57、無需連線，十分方便靈活。例如，例如，STDSTD總線標準規定模板尺寸為總線標準規定模板尺寸為165165114mm114mm，模板總，模板總線引腳共有線引腳共有5656根，并詳細規定了每只引腳的功能根，并詳細規定了每只引腳的功能. .又如，又如，用于工業用于工業pcpc的模板，應符合工業標準體系結構（的模板，應符合工業標準體系結構（ISA)ISA)和和外圍部件互連（外圍部件互連（PCI)PCI)標準。標準。2 2接口地址可選接口地址可選 一套控制系統往往需配置多塊功能模板，或者一套控制系統往往需配置多塊功能模板，或者同一種功能模板可能被組合在不同的系統中。因此，同一種功能模板可能被組合在不同的

58、系統中。因此，每塊模板應具有接口地址的可選性。每塊模板應具有接口地址的可選性。 一般接口地址可由基址一般接口地址可由基址( (或稱板址或稱板址) )和片址和片址( (或或稱口址稱口址) )組成，圖組成，圖2-142-14給出一種接口地址可選的譯給出一種接口地址可選的譯碼電路。碼電路。 A7AAAA6543171513118642P7P0QQ70PQ=GIOW118161412975374LS688SSSSS76543+ 5V+5VA012AA123654ABCG1GBGAY0YYYYYYY123456774LS138WC0WWWWWWWCCCCCCC1234567+5V8位量值比較器置位開關

59、譯碼器片址基址片選信號圖 3-14 接口地址可選的譯碼電路圖圖2-14 2-14 接口地址可選的譯碼電路接口地址可選的譯碼電路 片選輸出基址片選輸出基址+片址片址3輸出方式可選 為了適應不同控制系統對執行器的不同需求，為了適應不同控制系統對執行器的不同需求，D/AD/A轉換模板往往把各種電壓輸出和電流輸出方轉換模板往往把各種電壓輸出和電流輸出方式組合在一起，然后式組合在一起，然后通過通過短接柱短接柱來選定某一種輸來選定某一種輸出方式。出方式。 一個實際的一個實際的D/AD/A轉換模板，供用戶選擇的輸出轉換模板，供用戶選擇的輸出范圍常常是：范圍常常是：05V05V、010V010V、5V5V、0

60、10mA010mA、420mA420mA等。等。 2.4.2 D/A2.4.2 D/A轉換模板的設計舉例轉換模板的設計舉例 v 1 1、D/A D/A 轉換模板的設計原則轉換模板的設計原則v 2 2、D/A D/A 轉換模板的設步驟轉換模板的設步驟v 3 3、8 8路路8 8位位D/AD/A轉換模板實例轉換模板實例 1 1、D/A D/A 轉換模板的設計原則轉換模板的設計原則D/A 轉換模板設計主要考慮以下幾點：(1)(1)安全可靠：安全可靠：盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔離技術。離技術。(2)(2)性能性能/ /價格比高：價格比高：既要在性能上達到預