本章本章(bn zhn)主要内容主要内容 引 言 2.1 D/A转换器 2.2 接口电路 2.3 输出(shch)方式 2.4 D/A转换模板 本章小结 思考题第1页/共66页第一页，共67页引引 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转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，从而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(chn wi)D/A(chn wi)D/A通道或通道或AOAO通道通道) )构构成成-一般是由接口电路、数一般是由接口电路、数/ /模转换器模转换器( (简称简称D/AD/A或或DAC)DAC)和和电压电压/ /电流变换器等电流变换器等; ;v模拟量输出通道基本构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)） 第2页/共66页第二页，共67页图 3-1接口电路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a) 多D/A结构PC总线特点：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、 D/A转换器芯片内部一般转换器芯片内部一般(ybn)都带有数据锁存器都带有数据锁存器 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、 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、 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多第3页/共66页第三页，共67页。
接口电路通道 1通道nD/AV/IV/I多路开关采样保持器采样保持器（b）共享D/A结构PC总线图 3-1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、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、 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、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、节省、节省D/A转换器，但电路复杂转换器，但电路复杂(fz)，精度差，可靠低、占用主，精度差，可靠低、占用主机时间机时间 第4页/共66页第四页，共67页2.1 D/A2.1 D/A转换器转换器主要内容主要内容(nirng) (nirng) 2.1.1 2.1.1 工作原理与性能工作原理与性能指标理指标理 2.1.2 8 2.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片 2.1.3 12 2.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片第5页/共66页第五页，共67页2.1.1 2.1.1 工作工作(gngzu)(gngzu)原理与性能指标原理与性能指标 主要知识点1、D/A转换器工作(gngzu)原理2D/A转换器的性能指标 第6页/共66页第六页，共67页。
1 1、D/AD/A转换器工作转换器工作(gngzu)(gngzu)原理原理+A-数数字字量量输输入入TUOV基基准准电电压压关关开开换换切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R电阻网络 图图 3-2 D/A 转换器原理框图R2D3D0D运运算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb现以 4 4 位 D/A D/A 转换器为例说明其工作(gngzu)(gngzu)原理，如图 2-2 2-2 所示链接链接(lin ji)动画动画第7页/共66页第七页，共67页 假设(jish)D3(jish)D3、D2D2、D1D1、D0D0全为1 1，则BS3BS3、BS2BS2、BS1BS1、BS0BS0全部与“1”“1”端相连根据电流定律，有：RVII4REF232222RVII4REF121222RVII4REF010222RVRVI4REF3REF3222 由于开关 BS3 BS0 BS3 BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3 D3、D2D2、D1D1、D0 D0 控制的，并不一定全是“1”“1”因此(ync)(ync)，可以得到通式：00112233OUTIDIDIDIDIRVDDDDI4REF00112233OUT2)2222(第8页/共66页第八页，共67页。
考虑考虑(kol)(kol)到放大器反相端为虚地，故：到放大器反相端为虚地，故：OUTRfbII选取选取 Rfb = R Rfb = R ，可以，可以(ky)(ky)得到：得到：4REF00112233RFOUT2)2222(VDDDDRIVf 对于(duy) n 位 D/A 转换器，它的输出电压VOUT与输入二进制数B( Dn-1 D0) 的关系式可写成：nnnnnVDDDDV2)2222(REF00112211OUT nVB2REFv 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 R Rfbfb以及基准电压以及基准电压V VREFREF有关第9页/共66页第九页，共67页2 2D/AD/A转换器的性能指标转换器的性能指标 D/A D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要转换器性能指标是衡量芯片质量的重要(zhngyo)(zhngyo)参数，也是选用参数，也是选用D/AD/A芯片型芯片型号的依据主要性能指标有：号的依据主要性能指标有： （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）稳定时间第10页/共66页第十页，共67页。
1 1）分辨率）分辨率 分辨率分辨率-是指是指 D/A D/A 转换器能分辨的最小输出模拟转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应(duyng)(duyng)输出模拟量的变化量，它取决于能转换的输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高 其分辨率与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/ /（2n-12n-1）=VREF / 2n=VREF / 2n第11页/共66页第十一页，共67页2 2）转换）转换(zhunhun)(zhunhun)精度精度 转换精度-是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度它和分辨率是两个不同的概念例如(lr)，满量程时的理论输出值为10V，实际输出值是在9.99V10.01V之间，其转换精度为10mV对于分辨率很高的D/A转换器并不一定具有很高的精度第12页/共66页第十二页，共67页 （3 3）偏移量误差）偏移量误差(wch)(wch) 偏移偏移(pin y)(pin y)量误差量误差-是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移(pin y)(pin y)值。
此误差可通过值此误差可通过D/AD/A转换器的外接转换器的外接VREFVREF和电位器加以调整和电位器加以调整第13页/共66页第十三页，共67页4 4）稳定）稳定(wndng)(wndng)时间时间 稳定时间稳定时间-是描述是描述D/AD/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量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到终值误差变化到输出模拟量达到终值误差(wch)1/2LSB(wch)1/2LSB时所需的时间显然，时所需的时间显然，稳定时间越大，转换速度越低对于输出是电流的稳定时间越大，转换速度越低对于输出是电流的D/AD/A转换器来说，稳转换器来说，稳定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的D/AD/A转换器，其稳定时间转换器，其稳定时间主要取决于运算放大器的响应时间主要取决于运算放大器的响应时间第14页/共66页第十四页，共67页2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片(xn pin)(xn pin)主要主要(zhyo)知识点知识点 （1） DAC0832性能性能 （2） DAC0832工作原理工作原理 （3） DAC0832管脚功能管脚功能 第15页/共66页第十五页，共67页。
1 1） DAC0832 DAC0832性能性能(xngnng)(xngnng)一个8位D/A转换器电流输出方式稳定(wndng)时间为1s采用20脚双立直插式封装同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831第16页/共66页第十六页，共67页2 2） DAC0832 DAC0832工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理(M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(L SB )IL EC S1RW2RWX F E R当当 L E =1时时 , ,输输 出出 数数据据 随随 输输 入入 变变 化化 L E 2FERV1TUOI2TUOIRf bA G N DD G N DCCVDQDQDQDQ 8位位 输输 入入寄寄 存存 器器 8位 D A C寄 存 器 8位 D A C转转 换换 器器图 3-3 D A C 0832原 理 框 图 及 引 脚当当 L E =0时时 , ,输输 出出 数数据据 被被 锁锁 存存 L E 1链接链接(lin ji)动画动画第17页/共66页第十七页，共67页 DAC0832的原理框图及引脚如图2-3所示DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分(b fen)组成。
8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态第18页/共66页第十八页，共67页DI0DI7DI0DI7：数据输入：数据输入(shr)(shr)线，其中线，其中DI0DI0为最低有效位为最低有效位LSB LSB ，DI7DI7为为 最高有效位最高有效位MSBMSBCSCS：片选信号，输入：片选信号，输入(shr)(shr)线，低电平有效线，低电平有效WR1WR1：写信号：写信号1 1，输入，输入(shr)(shr)线，低电平有效线，低电平有效ILEILE：输入：输入(shr)(shr)允许锁存信号，输入允许锁存信号，输入(shr)(shr)线，高电平线，高电平有效有效 当当ILEILE、和同时有效时，、和同时有效时，8 8位输入位输入(shr)(shr)寄存器端为高电平寄存器端为高电平11，此时寄存器的输出端，此时寄存器的输出端Q Q跟随输入跟随输入(shr)(shr)端端D D的电平变化；的电平变化；反之，当端为低电平反之，当端为低电平00时，原时，原D D 端输入端输入(shr)(shr)数据被锁存数据被锁存于于Q Q端，在此期间端，在此期间D D端电平的变化不影响端电平的变化不影响Q Q端。
端 （3 3） DAC0832 DAC0832管脚功能管脚功能(gngnng)(gngnng)第19页/共66页第十九页，共67页XFER(Transfer Control Signal):XFER(Transfer Control Signal):传送控制信号，输入线，传送控制信号，输入线， 低电平有效低电平有效IOUT1IOUT1：DACDAC电流输出端电流输出端1 1，一般作为运算放大器差动输入信，一般作为运算放大器差动输入信号之一IOUT2IOUT2：DACDAC电流输出端电流输出端2 2，一般作为运算放大器另一个差动，一般作为运算放大器另一个差动输入信号输入信号 Rfb Rfb：固化在芯片内的反馈：固化在芯片内的反馈(fnku)(fnku)电阻连接端，用于连电阻连接端，用于连接运算放大器的输出端接运算放大器的输出端 VREF VREF：基准电压源端，输入线，：基准电压源端，输入线，10 VDC 10 VDC 10 VDC10 VDC VCC VCC：工作电压源端，输入线，：工作电压源端，输入线，5 VDC 5 VDC 15 VDC15 VDC第20页/共66页第二十页，共67页。
v 当当WR2WR2和和XFERXFER同时有效时，同时有效时，8 8位位DACDAC寄存器端为高电寄存器端为高电平平“1”“1”，此时，此时DACDAC寄存器的输出端寄存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D也就是输也就是输入寄存器入寄存器Q Q端的电平变化；反之，当端为低电平端的电平变化；反之，当端为低电平“0”“0”时，时，第一级第一级8 8位输入寄存器位输入寄存器Q Q端的状态端的状态(zhungti)(zhungti)则锁存到第则锁存到第二级二级8 8位位DACDAC寄存器中，以便第三级寄存器中，以便第三级8 8位位DACDAC转换器进行转换器进行D/AD/A转换v 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级使第二级8 8位位DACDAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级级8 8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。
别接成受控方式 第21页/共66页第二十一页，共67页2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片(xn pin)(xn pin)主要知识点 （1） DAC1210性能(xngnng) （2） DAC1210工作原理第22页/共66页第二十二页，共67页1 1） DAC1210 DAC1210性能性能(xngnng)(xngnng) DAC1210- DAC1210-是一个是一个1212位位D/AD/A转换器，电流输出方式，其结构原理与控制信号转换器，电流输出方式，其结构原理与控制信号(xnho)(xnho)功能基本类似于功能基本类似于 DAC0832DAC0832由于它比由于它比 DAC0832 DAC0832多了多了4 4条数据输入线，故有条数据输入线，故有2424条引脚，条引脚，DAC 1210DAC 1210内部原理框图如图内部原理框图如图2-42-4所示，所示，其同系列芯片其同系列芯片DAC1208DAC1208、DAC1209DAC1209可以相互代换可以相互代换第23页/共66页第二十三页，共67页2 2） DAC1210 DAC1210工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理DAC1210DAC1210内部内部(nib)(nib)有三个寄存器：有三个寄存器： 一个一个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DI11DI4DI11DI4；一个；一个4 4位输入位输入寄存器，用于存放寄存器，用于存放1212位数字量中的低位数字量中的低4 4位位DI3 DI0DI3 DI0； 一个一个1212位位DACDAC寄存器，存放上述两个输入寄存器送来的寄存器，存放上述两个输入寄存器送来的1212位数字量；位数字量； 12 12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 由与门、非与门组成的输入控制电路来控制由与门、非与门组成的输入控制电路来控制3 3个寄存器的选通或锁存状态个寄存器的选通或锁存状态其中引脚（片选信号、低电平有效）、（写信号、低电平有效）和其中引脚（片选信号、低电平有效）、（写信号、低电平有效）和BYTE1/BYTE1/（字（字节控制信号）的组合，节控制信号）的组合， 用来控制用来控制 8 8 位输入寄存器和位输入寄存器和 4 4 位输入寄存器位输入寄存器第24页/共66页第二十四页，共67页QDDDDQDDDD器存寄寄入输位8器存寄寄入输位41 2 位D A C寄 存 器1 2 位位D /A转转 换换 器器L E 3L E当= 1 时 ， Q = D ;L E当当= 0 时 ， 锁 存 数 据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图 3 -4 D A C 1 2 1 0 原 理 框 图 及 引 脚图图2-4 DAC12102-4 DAC1210原理原理(yunl)(yunl)框图及引脚框图及引脚 链接链接(lin ji)动画动画第25页/共66页第二十五页，共67页。
当CS、WR1为低电平“0”，BYTE1/为高电平“1”时，与门的输出LE1、LE2为“1”，选通 8 位和 4 位两个输入寄存器，将要转换的12位数据全部送入寄存器；当BYTE1/为低电平“0”时，LE1为“0”，8位输入寄存器锁存刚传送的 8 位数据，而LE2仍为“1”，4 位输入寄存器仍为选通，新的低 4 位数据将刷新刚传送的 4 位数据因此，在与计算机接口电路中，计算机必须先送高 8 位后送低 4 位XFER(传送控制信号(xnho)、低电平有效)和WR2(写信号(xnho)、低电平有效)用来控制 12 位DAC寄存器，当XFER和WR2同为低电平“0”时，与门输出LE3为“1”，12 位数据全部送入DAC寄存器，当XFER和WR2有一个为高电平“1”时，与门输出LE3即为“0”，则12位DAC寄存器锁存住数据使12位D/A转换器开始数摸转换 第26页/共66页第二十六页，共67页2.2 2.2 接口接口(ji ku)(ji ku)电电路路 2.2.1 DAC0832接口接口(ji ku)电路电路 2.2.2 DAC1210接口接口(ji ku)电路电路第27页/共66页第二十七页，共67页。
2.2.1 DAC0832接口接口(ji ku)电路电路A5A9A8A7A6AENA4A1IOWDAC0832DDDDDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1AGND8位DAC寄存器8位输入寄存器8位DAC转换器LE1LE2Rfb-5V图 3-5 DAC0832的 单 缓 冲 接 口 电 路_+TUOVDGNDVCC+5V+5VD7D6D5D4D3D2D1D0A3A2A0 PC总 线Y3Y1Y2Y0Y4Y5Y6Y7AGBG1GACB74LS138链接链接(lin ji)动画动画第28页/共66页第二十八页，共67页 由于由于DAC0832DAC0832内部有输入寄存器，所以它的数内部有输入寄存器，所以它的数据总线可直接与主机的数据总线相连，图据总线可直接与主机的数据总线相连，图2-52-5为为DAC0832DAC0832与与PCPC总线的单缓冲接口电路，它是由总线的单缓冲接口电路，它是由DAC0832DAC0832转换芯片、运算转换芯片、运算(yn sun)(yn sun)放大器以及放大器以及74LS13874LS138译码器和门电路构成的的地址译码电路组成。
译码器和门电路构成的的地址译码电路组成图中，图中，08320832内的内的DACDAC寄存器控制端的和直接接地，使寄存器控制端的和直接接地，使DACDAC寄存器的输入到输出始终直通；而输入寄存器的寄存器的输入到输出始终直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与输入输出指令控制，控制端分别受地址译码信号与输入输出指令控制，即即PCPC的地址线的地址线A9A0A9A0经经138138译码器和门电路产生接口译码器和门电路产生接口地址信号作为地址信号作为DAC0832DAC0832的片选信号，输入输出写信号的片选信号，输入输出写信号作为作为DAC0832DAC0832的写信号的写信号 第29页/共66页第二十九页，共67页D/AD/A转换接口程序：MOV DXMOV DX，220H /220H /口地址如220H220H送入DX DX MOV ALMOV AL，DATA /DATA /被转换的数据(shj)(shj)如DATADATA送入累加器AL AL OUT DXOUT DX，AL /AL /送入D/AD/A转换器进行转换 第30页/共66页第三十页，共67页2.2.2 DAC12102.2.2 DAC1210接口接口(ji ku)(ji ku)电路电路 QDDDDQDDDD器存寄入输位8PC总线器存寄入输位412位DAC寄存器12位D/A转换器LE3LE2LE1(MSB)DIDIDIDIDIDIDIDI11104567891FERVDGND2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图3-6 DAC1210接口电路CSWRWR2XFERDIDIDIDI1230(LSB)+-5V12VTUOVD7D6D5D4D3D2D1D02A3A4A5A6A7A8A9A0AA1IOW138BYTE /1BYTE2Y0G1GBGACBAY3Y2Y1Y5Y6Y7Y4DAC1210AEN图图2-6 DAC12102-6 DAC1210接口接口(ji ku)(ji ku)电路电路 链接链接(lin ji)动画动画第31页/共66页第三十一页，共67页。
图图2-62-6是是1212位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC1210与与PCPC总线的一种接口电总线的一种接口电路，它是由路，它是由DAC1210DAC1210转换芯片、运算放大器以及地址译码电转换芯片、运算放大器以及地址译码电路组成路组成(z chn)(z chn)与8 8位位DAC0832DAC0832接口电路不同的是，除接口电路不同的是，除了数据总线了数据总线D7D0D7D0与与DAC1210DAC1210高高8 8位位DI11DI4DI11DI4直接相连，直接相连，D3D0D3D0还要与还要与DAC1210DAC1210低低4 4位位DI3DI0DI3DI0复用，因而控制电路也复用，因而控制电路也略为复杂略为复杂 图中，图中，CSCS、WR1WR1和和BYTE1/BYTE1/组合，用来依次控制组合，用来依次控制8 8位输入位输入寄存器（寄存器（LE1LE1）和）和4 4位输入寄存器（位输入寄存器（LE2LE2）的选通与锁存，）的选通与锁存，XFERXFER和和WR2WR2用来控制用来控制DACDAC寄存器（寄存器（LE3LE3）的选通与锁存，）的选通与锁存，LOWLOW与与WR1WR1、WR2WR2连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，译码器的两条输出线译码器的两条输出线Y0Y0、Y2Y2分别连到分别连到CSCS和和XFERXFER，一条地址，一条地址线线A0A0连到连到BYTE1/BYTE2BYTE1/BYTE2，从而形成三个口地址：低，从而形成三个口地址：低4 4位输入位输入寄存器为寄存器为380H380H，高，高8 8位输入寄存器为位输入寄存器为381H381H，1212位位DACDAC寄存器寄存器为为384H384H。
第32页/共66页第三十二页，共67页 在软件设计中，为了实现8位数据线D0D7传送12位被转换数，主机须分两次传送被转换数首先将被转换数的高8位传给8位输入寄存器DI11DI4，再将低4位传给4位输入寄存器DI3DI0，然后再打开(d ki)DAC寄存器，把12 位数据送到12位D /A转换器去转换当输出指令执行完后，DAC寄存器又自动处于锁存状态以保持数模转换的输出不变设12位被转换数的高8位存放在DATA单元中,低4位存放在DATA+1单元中 第33页/共66页第三十三页，共67页转换转换(zhunhun)(zhunhun)程序程序 DACDAC： MOV DX MOV DX，0381H 0381H MOV AL MOV AL，DATA DATA OUT DX OUT DX，AL AL ；送高；送高8 8位数据位数据 DEC DX DEC DX MOV AL MOV AL，DATA+1DATA+1 OUT DX OUT DX，AL AL ；送低；送低4 4位数据位数据 MOV DX MOV DX，0384H0384H OUT DX OUT DX，AL AL ；完成；完成(wn (wn chng)12chng)12位数据转换位数据转换第34页/共66页第三十四页，共67页。
2.3 2.3 输出输出(shch)(shch)方方式式 2.3.1 电压输出(shch)方式 2.3.2 电流输出(shch)方式 2.3.3 自动/手动输出(shch)方式引言(ynyn)第35页/共66页第三十五页，共67页引引 言言 多数多数D/AD/A转换芯片输出的是弱电流转换芯片输出的是弱电流(dinli)(dinli)信号，要驱动后面的自动化装置，信号，要驱动后面的自动化装置，需在电流需在电流(dinli)(dinli)输出端外接运算放大器输出端外接运算放大器根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流出方式可以分为电压输出、电流(dinli)(dinli)输输出以及自动出以及自动/ /手动切换输出等多种方式手动切换输出等多种方式第36页/共66页第三十六页，共67页2.3.1 2.3.1 电压输出电压输出(shch)(shch)方式方式 由于系统要求不同，电压输出方式又可分为单极性输出和双极性输出两种形式下面以8 8位的DAC0832DAC0832芯片(xn pin)(xn pin)为例作一说明 第37页/共66页第三十七页，共67页。
1 1DACDAC单极性输出单极性输出(shch) (shch) 图 3-8 D A C 单 极 性 输 出 方 式D A C 0832R fb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVD I7D I6D I5D I4D I3D I2D I1D I0D7D6D5D4D3D2D1D0256REFOUTVBV001166772222 DDDDB式中：VREF/256是常数(chngsh) 显然，显然，VOUTVOUT和和 B B 成正比关系，输成正比关系，输入入(shr)(shr)数字量数字量 B B 为为 00H 00H 时，时，VOUTVOUT也为也为 0 0 ；输入；输入(shr)(shr)数字量数字量 B B 为为FFHFFH即即255255时，时，VOUT VOUT 为与为与 VREF VREF 极性相反的极性相反的最大值 DAC单极性输出方式如图 2-7 所示，由式( (3-1) )可得输出电压VOUT的单极性输出表达式为：第38页/共66页第三十八页，共67页2 2DACDAC双极性输出双极性输出(shch)(shch)方式方式 DAC DAC双极性输出双极性输出(shch)(shch)方式如图方式如图 2-8 2-8 所示。
所示图 3-9 DAC双极性输出方式DAC0832RfbI1TUO2TUOI2RVR2RA2A1I2I3IFERVFERVTUODI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0D7D6D5D4D3D2D1D0V1TUOA1第39页/共66页第三十九页，共67页A1 A1 和和 A2 A2 为运算为运算(yn sun)(yn sun)放大器，放大器，A A点为虚地，点为虚地，故可得：故可得： 解上述(shngsh)方程可得双极性输出表达式： 0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT13( (2-3) ) 图中运放图中运放 A2 A2 的作用是将运放的作用是将运放 A1 A1 的单向输出的单向输出变为双向输出当输入数字量小于变为双向输出当输入数字量小于 80 H 80 H即即128128时，时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于输出模拟电压为负；当输入数字量大于 80 H 80 H即即128128时，输出模拟电压为正其它时，输出模拟电压为正其它(qt)n(qt)n位位D/AD/A转换器的输出电路与转换器的输出电路与DAC0832 DAC0832 相同，计算表达式相同，计算表达式中只要把中只要把 28-1 28-1改为改为2n-12n-1即可。
即可 18REF18OUT22)2(VBV12B1-8REFOUT2VV或或第40页/共66页第四十页，共67页2.3.2 2.3.2 电流输出电流输出(shch)(shch)方式方式 因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别是在过程控制系统中，自动化仪表只接收电流信号，所别是在过程控制系统中，自动化仪表只接收电流信号，所以以(suy)(suy)在微机控制输出通道中常以电流信号来传送信在微机控制输出通道中常以电流信号来传送信息，这就需要将电压信号再转换成电流信号，完成电流输息，这就需要将电压信号再转换成电流信号，完成电流输出方式的电路称为出方式的电路称为V/IV/I变换电路电流输出方式一般有两种变换电路电流输出方式一般有两种形式：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 第41页/共66页第四十一页，共67页 1 1普通(ptng)(ptng)运放V/IV/I变换电路 （1 1）0 10 mA0 10 mA的输出的输出(shch) (shch) +-Vin010VAT1T2I0Vf+ +VsR1R2R3R4R5R6RfRL图 2-9 0 10 V/ 010 mA的变换电路 图2-92-9为010 V/010 mA010 V/010 mA的变换电路，由运放A A和三极管T1T1、T2T2组成，R1 R1 和 R2R2是输入电阻，Rf Rf 是反馈电阻，RLRL是负载的等效电阻。
输入电压Vin Vin 经输入电阻进入运算放大器A A，放大后进入三极管T1T1、T2T2由于(yuy)T2(yuy)T2射极接有反馈电阻R fR f，得到反馈电压VfVf加至输入端，形成运放A A的差动输入信号该变换电路由于(yuy)(yuy)具有较强的电流反馈，所以有较好的恒流性能 第42页/共66页第四十二页，共67页 输入电压输入电压 Vin Vin 和输出电流和输出电流 Io Io 之间关系如下：之间关系如下： 若若 R3 R3、R4R4RfRf、RLRL，可以，可以(ky)(ky)认为认为 Io Io 全部全部流经流经 Rf Rf，由此可得，由此可得: : V V VinR4/ VinR4/（R1R1R4R4）IoRLR1 /IoRLR1 /（R1R1R4R4） V V Io Io（RfRfRLRL）R2 /R2 /（R2R2R3R3） 对于运放，有对于运放，有V V V V，则，则 VinR4/ VinR4/（R1R1R4R4）IoRLR1 /IoRLR1 /（R1R1R4R4）= = IoIo（RfRfRLRL）R2 /R2 /（R2R2R3R3） 若取若取R1 = R2 R1 = R2 ，R3 = R4R3 = R4，则由上式整理可得，则由上式整理可得 Io = VinR3 / Io = VinR3 /（R1Rf R1Rf ） （3-63-6） 可以可以(ky)(ky)看出，输出电流看出，输出电流 Io Io 和输人电压和输人电压 Vin Vin 呈呈线性对应的单值函数关系。
线性对应的单值函数关系 R3 / R3 /（R1RfR1Rf）为一常教，与）为一常教，与其他参数无关其他参数无关 若取若取VinVin 0 010 V10 V，R1 = R2 = 100 kR1 = R2 = 100 k，R3 = R4 R3 = R4 =20 k=20 k，Rf Rf 200 200 ，则输出电流，则输出电流Io = 0 10 mAIo = 0 10 mA第43页/共66页第四十三页，共67页2 2） 4 20 mA 4 20 mA的输出的输出(shch)(shch) 图2-10为1 5 V/ 4 20 mA的变换电路，两个(lin )运放A1、A2均接成射极输出形式A1+-A2T2T1T3Vin15VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+Vs图2-10 15V/420mA 的变换电路V3第44页/共66页第四十四页，共67页 在稳定工作在稳定工作(gngzu)时时 Vin V1; 所以所以 I1 = V1 /R1 = Vin /R1 又因为又因为 I1 I2 所以所以 Vin /R1 = I2 =（VS - V2 ）/ R2 即即 V2 =VS - VinR2/ R1在稳定状态下，在稳定状态下，V2 V3，If Io， 故故 Io If =（VS - V3 ）/ Rf = （VS - V2 ）/ Rf 将上式代入得将上式代入得 Io = （VS - VS + VinR2/ R1）/ Rf = VinR2/（R1Rf）（）（3-7） 其中其中 R1 、R2 、Rf 均为精密电阻，所以输出电流均为精密电阻，所以输出电流 Io 线性线性比例于输入电压比例于输入电压Vin，且与负载无关，接近于恒流。
且与负载无关，接近于恒流 若若R1 =5 k，R2 =2 k，R3 =100 ，当，当 Vin =15 V 时输出电流时输出电流Io = 420 mA第45页/共66页第四十五页，共67页2 2集成集成(j chn)(j chn)转换器转换器V/IV/I变换电路变换电路 图2-11是集成V/I转换器ZF2B20的引脚图，采用单正电源供电，电源电压(diny)范围为1032V，ZF2B20的输入电阻为10K，动态响应时间小于25S，非线性小于土 0.025 第46页/共66页第四十六页，共67页 通过ZF2B20可以(ky)产生一个与输入电压成比例的输出电流，其输入电压范围是010V，输出电流是420mA它的特点是低漂移，在工作温度为-2585范围内，最大温漂为0.005/利用 ZF2B20实现V/I转换的电路非常简单，图2-12（a）所示电路是一种带初值校准的010V到420mA的转换电路；图2-12（b）则是一种带满度校准的010V到010mA的转换电路第47页/共66页第四十七页，共67页2.3.3 2.3.3 自动自动/ /手动输出手动输出(shch)(shch)方式方式 如图如图2-132-13所示，是在普通运放所示，是在普通运放V/IV/I变换变换(binhun)(binhun)电电路的基础上，增加了自、手动切换开关路的基础上，增加了自、手动切换开关K1K1、K2K2、K3K3和手和手动增减电路与输出跟踪电路。
动增减电路与输出跟踪电路图 2-13 2-13 带自动(zdng)/(zdng)/手动切换的V/IV/I变换电路 第48页/共66页第四十八页，共67页1 1自动自动/ /手动状态下的手动状态下的V/IV/I变换变换（1 1）当开关处于自动（）当开关处于自动（A A）状态时，运放）状态时，运放A2A2与与A1A1接接通，形成一个电压比较型跟随器当通，形成一个电压比较型跟随器当Vf ViVf Vi时，电路能自动地使输出电流增大或减小，最时，电路能自动地使输出电流增大或减小，最终使终使Vf =ViVf =Vi，于是有，于是有 IL=Vi/ IL=Vi/（R9+WR9+W） （2-62-6） 从上式可以看出，只要电阻从上式可以看出，只要电阻R9R9、W W稳定性好，稳定性好，A1A1、A2A2具有较好的增益，该电路就有较高的线具有较好的增益，该电路就有较高的线性精度当性精度当R9+WR9+W500500或或250250时，输出电流时，输出电流ILIL就以就以 0 010mA10mA或或4 420mA20mA的直流电流信号线的直流电流信号线性地对应性地对应ViVi的的0 05V5V或或1 15V5V的直流电压信号。
的直流电压信号 （2 2）当开关处于手动（）当开关处于手动（H H）状态时，此时运放）状态时，此时运放A2A2与与A1A1断开，成为一个保持型反相积分器当按下断开，成为一个保持型反相积分器当按下“增增”按钮时，按钮时，V2V2以一定的速率上升，从而使以一定的速率上升，从而使ILIL也以同样的速率上升；当按下也以同样的速率上升；当按下“减减”按钮时，按钮时，V2V2以一定的速率下降，以一定的速率下降，ILIL也以同样的速率下降也以同样的速率下降负载负载RLRL（一般为电动调节阀）上的电流（一般为电动调节阀）上的电流ILIL的升的升降速率取决于降速率取决于R6R6、R7R7、C C和电源电压和电源电压E E的大小的大小(dxio)(dxio)，而手动操作按钮的时间长短决定输，而手动操作按钮的时间长短决定输出电流出电流ILIL的大小的大小(dxio)(dxio) 第49页/共66页第四十九页，共67页2 2自动自动/ /手动双向无扰动切换手动双向无扰动切换（1 1）自动到手动的切换：当开关）自动到手动的切换：当开关K1K1、K2K2、K3K3都从都从自动（自动（A A）切换为手动（）切换为手动（H H）时，）时，“增增”、“减减”两按钮处于断开状态，运放两按钮处于断开状态，运放A2A2为一高为一高输入阻抗保持器，则输入阻抗保持器，则A2A2的输出的输出V2V2几乎保持不几乎保持不变，从而维持输出电流变，从而维持输出电流ILIL恒定。
恒定2 2）手动到自动的切换：在每个控制周期，计算）手动到自动的切换：在每个控制周期，计算机首先由数字量输入通道（机首先由数字量输入通道（DIDI）读入开关）读入开关K2K2的状态，以判断的状态，以判断(pndun)(pndun)输出电路是处于手输出电路是处于手动状态或是自动状态若是自动状态，则程动状态或是自动状态若是自动状态，则程序执行本回路预先规定的控制运算，输出序执行本回路预先规定的控制运算，输出ViVi并通过并通过V/IV/I变换输出电流变换输出电流ILIL；若为手动状态，；若为手动状态，则首先由则首先由A/DA/D通道读入通道读入VfVf并转换为数字信号，并转换为数字信号，然后原封不动地将此数字信号送出，由然后原封不动地将此数字信号送出，由D/AD/A转转换为电压信号送至输出电路的输入端换为电压信号送至输出电路的输入端ViVi，这，这样就使样就使ViVi始终与始终与VfVf相等 第50页/共66页第五十页，共67页2.4 D/A转换(zhunhun)模板 2.4.1 D/A转换模板的通用性 2.4.2 D/A转换模板的设计(shj)举例第51页/共66页第五十一页，共67页 2.4.1 D/A 2.4.1 D/A转换转换(zhunhun)(zhunhun)模板的通用性模板的通用性 为了便于系统设计者的使用，D/A转换模板应具有通用性， 它主要(zhyo)体现在三个方面： 1符合总线标准 2接口地址可选 3输出方式可选 第52页/共66页第五十二页，共67页。
1 1符合总线符合总线(zn xin)(zn xin)标准标准 这里的总线是指计算机内部的总线结构,D/A 转换模板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, 只需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(ln hu)例如，STD总线标准规定模板尺寸为165114mm，模板总线引脚共有56根，并详细规定了每只引脚的功能（详见第11.2.1）第53页/共66页第五十三页，共67页2 2接口接口(ji ku)(ji ku)地址可选地址可选 一套控制系统往往需配置多块功能模板，或者同一种功能模板可能(knng)被组合在不同的系统中因此，每块模板应具有接口地址的可选性 一般接口地址可由基址(或称板址)和片址(或称口址)组成，图2-14给出一种接口地址可选的译码电路 第54页/共66页第五十四页，共67页A7AAAA6543171513118642P7P070PQ=GIOW118161412975374LS688SSSSS76543+5V+5VA012AA123654ABCG1GBGAY0YYYYYYY123456774LS138WC0WWWWWWWCCCCCCC1234567+5V8位量值比较器置位开关 译码器片址基址片选信号图 3-14 接口地址可选的译码电路图图2-14 2-14 接口地址接口地址(dzh)(dzh)可选的译码电路可选的译码电路 链接链接(lin ji)动画动画第55页/共66页第五十五页，共67页。
3 3输出输出(shch)(shch)方式可选方式可选 为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，D/AD/A转换模板往转换模板往往把各种往把各种( zhn)( zhn)电压输出和电流输出方式组合在一起，然后电压输出和电流输出方式组合在一起，然后通过短接柱来选定某一种输出方式通过短接柱来选定某一种输出方式 一个实际的一个实际的D/AD/A转换模板，供用户选择的输出范围常常是：转换模板，供用户选择的输出范围常常是：05V05V、010V010V、5V5V、010mA010mA、420mA420mA等 第56页/共66页第五十六页，共67页2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换模板转换模板(mbn)(mbn)的设计举例的设计举例 1、D/A 转换(zhunhun)模板的设计原则 2、D/A 转换(zhunhun)模板的设步骤 3、8路8位D/A转换(zhunhun)模板实例 第57页/共66页第五十七页，共67页1 1、D/A D/A 转换模板转换模板(mbn)(mbn)的设计原则的设计原则D/A 转换(zhunhun)模板设计主要考虑以下几点：(1)安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离技术。
2)性能/价格比高：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 (3)通用性：D/A转换(zhunhun)模板应符合总线标准，其接口地 址及输出方式应具备可选性第58页/共66页第五十八页，共67页 2 2、D/A D/A 转换转换(zhunhun)(zhunhun)模板的设步骤模板的设步骤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设计电路(dinl)(dinl)原理图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最后焊接和调试电路(dinl)(dinl)板板 第59页/共66页第五十九页，共67页3 3、8 8路路8 8位位D/AD/A转换模板转换模板(mbn)(mbn)实例实例74LS 244DAC083274LS 13874LS 688DAC0832DAC0832数 模 转 换电 压 输 出电 流 输 出数 据 缓 冲总 线 接 口 逻 辑I/O功 能 逻 辑I/O电 气 接 口A2A0A7A3D7D0IOW基 址 译 码片 址 译 码运 放运 放运 放V/IV/IV/ICSCSI1I2I8V2V1V8图 2-15 8路 D/A转 换 模 板 的 结 构 框 图1G2G PC总 线CS第60页/共66页第六十页，共67页。
图图2-152-15给出了给出了8 8路路8 8位位D/AD/A转换模板的结构组成框图，它转换模板的结构组成框图，它是按照总线接口逻辑、是按照总线接口逻辑、I/OI/O功能逻辑和功能逻辑和I/OI/O电气接口等三部分电气接口等三部分布局电子元器件的图中，总线接口逻辑部分主要由数据缓布局电子元器件的图中，总线接口逻辑部分主要由数据缓冲与地址译码电路组成，完成冲与地址译码电路组成，完成8 8路通道的分别选通与数据传路通道的分别选通与数据传送（参见图送（参见图2-142-14接口地址可选的译码电路）；接口地址可选的译码电路）；I/OI/O功能逻辑功能逻辑部分由部分由8 8片片DAC0832DAC0832组成，完成数模转换（参见图组成，完成数模转换（参见图2-2-5DAC08325DAC0832接口电路）；而接口电路）；而I/OI/O电气接口部分由运放与电气接口部分由运放与V/IV/I变换变换电路组成，实现电压或电流电路组成，实现电压或电流(dinli)(dinli)信号的输出（参见图信号的输出（参见图 2-82-8的双极性电压输出方式与图的双极性电压输出方式与图2-92-9的电流的电流(dinli)(dinli)输出方输出方式）。
式）第61页/共66页第六十一页，共67页 设设8 8路路D/AD/A转换的转换的8 8个输出数据存放在内存数据段个输出数据存放在内存数据段BUF0BUF7BUF0BUF7单元中，主单元中，主过程已装填过程已装填DSDS， 8 8 片片DAC0832DAC0832的通道的通道(tngdo)(tngdo)口地址为口地址为38H3FH38H3FH，分别存，分别存放在从放在从CH0CH0开始的开始的8 8个连续单元中，该个连续单元中，该D/AD/A转换模板的接口子程序：转换模板的接口子程序： DOUT PROC NEAR DOUT PROC NEAR MOV CX MOV CX，8 8 MOV BX MOV BX，OFFSET BUF0OFFSET BUF0 NEXT NEXT： MOV AL MOV AL，BXBX OUT CH0 OUT CH0，ALAL INC CH0 INC CH0 INC BX INC BX LOOP NEXT LOOP NEXT RET RET DOUT ENDP DOUT ENDP 第62页/共66页第六十二页，共67页 本章本章(bn zhn)(bn zhn)小结小结 本章介绍了模拟量输出通道本章介绍了模拟量输出通道(tngdo)(tngdo)的的结构组成，讨论了其核心部件结构组成，讨论了其核心部件D/AD/A转换器转换器的工作原理、功能特性，重点分析了的工作原理、功能特性，重点分析了8 8位位D/AD/A转转换器换器DAC0832DAC0832与与1212位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC1210的原理的原理组成及其与组成及其与PCPC总线的接口电路，以及适用于现总线的接口电路，以及适用于现场各种驱动装置的电压、电流与自动场各种驱动装置的电压、电流与自动/ /手动控手动控制输出电路，并说明输入输出模板的通用性及制输出电路，并说明输入输出模板的通用性及D/AD/A转换模板的结构框图。
转换模板的结构框图第63页/共66页第六十三页，共67页思考题思考题 1 1、画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分、画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分(z chn b fn)(z chn b fn)及其作用及其作用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工作过程，组成的单缓冲接口电路的工作过程，编写完成一次编写完成一次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。