有限拍无纹波的设计

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用刚好相反,即根据程序的控制,把D/A转换输出的模拟量,按照要求送到特定回路的模拟执行机构中,完成对相应被控对象的控制。由于CD4051芯片是可以双向工作的,所以它也可以用在模拟量输出通道中。 (5)接口控制电路

模拟量输出通道中,接口控制电路具有控制数字信号的输出、D/A转换的启停、多路模拟开关的切换等功能。有关模拟量输出通道接口控制电路的原理、组成等内容,我们将在后文进行讨论。 (6)D/A通道的隔离电路

由于D/A通道的输出直接与被控对象连接,很容易引入干扰,必须采取相应的措施,来抑制干扰对输出信号的影响。通常可采用光电耦合器件,使得模拟电路的两部分之间只存在光信号的耦合,如图2-22所示。

图2-22D/A通道的光电隔离示意图

由图2-22可见,D/A转换器的输出电流信号,经两级光电耦合器转换为输出电流 ,这样,既可以满足D/A转换的隔离要求,又实现了电压/电流信号类型的变换。在实际应用中,应选择线性性能好,且参数相同的两只光电耦合器,并始终让它们工作在线性区域,以保证D/A转换具有良好的转换精度和线性度。

当然,我们也可以把光电耦合器件加在系统总线与D/A转换器的数据、控制信号的输入端之间,利用光电耦合器的开关特性,来实现数字信号的隔离。

两种方法进行比较,模拟信号隔离法的优点,是所需要的光电耦合器件数量较少,成本低,缺点是调试困难,如果器件选择不合适,将会影响D/A转换的精度和线性度;数字信号隔离法的优点是调试比较简单,不影响D/A转换的精度和线性度,缺点是所需要的光电耦合器件数量较多,成本较高。

D/A转换器的工作原理和性能指标

数字计算机对模拟设备(要求出入模拟量的设备)进行控制,用模拟量显示设备(如指针式仪表)对参数进行显示,D/A转换器(把数字量转换为模拟量的器件)是不可缺少的。D/A转换器可简写作DAC。D/A转换器的种类很多。就输入至D/A转换器的数字量的位数分,有8位,10位,12位,16位等。就输送至D/A转换器的数码形成分,有二进制码和BCD码输入等D/A转换器。就传输数字量的方式分,有并行的

和串行的D/A转换器两类。就转换器速度而言,可分为权电阻型(电流输出型)和R-2R电阻网络型(电压输出型)。从D/A转换器与单片机的接口的角度出发,D/A转换器又可分为有输入锁存器和没有锁存器两类。

本节叙述D/A转换器的工作原理和性能指标,常用D/A转换器芯片及D/A转换器与微型机的接口等问题。 2.3.1 D/A转换器的工作原理

现以 4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理,如图 2-2 所示。

图2-31 R-2R电阻网络图

假设D3、D2、D1、D0全为1,则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律,有:

I3?VREFV?23?REF2R24RI2V?21?REF224RI2?I3V?22?REF224RI1?I0?I1V?20?REF224R由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的,并不一定全是“1”。因此,可以得到通式:

IOUT?D3?I3?D2?I2?D1?I1?D0?I0IOUT?(D3?23?D2?22?D1?21?D0?20)?考虑到放大器反相端为虚地,故:

VREF24R

IRfb??IOUT选取 Rfb = R ,可以得到:

VOUT?IRF?Rf??(D3?23?D2?22?D1?21?D0?20)?VREF24对于 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:

VOUT??(Dn?1?2n?1?Dn?2?2n?2?????D1?21?D0?20)?VREF2n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 Rfb以及基准电压VREF有关。 2.3.2 D/A转换器的性能指标

D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数,也是选用D/A芯片型号的依据。主要性能指标有:分辨率、转换精度、偏移量误差和稳定时间。 (1)分辨率

分辨率是指 D/A 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 。其分辨率与二进制位数n呈下列关系:

分辨率 = 满刻度值/(2n-1)=VREF / 2n (2)转换精度

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,满量程时的理论输出值为10V,实际输出值是在~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。 (3)偏移量误差

偏移量误是指输入数字量时,输出模拟量对于零的偏移值。此误差可通过D/A转换器的外接VREF和电位器加以调整。 (4)稳定时间

稳定时间是描述D/A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1/2LSB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D/A转换器来说,稳定时间是很快的,约几微秒,而输出是电压的D/A转换器,其稳定时间主要取决于运算放大器的响应时间。 2.3.3 DAC0832的工作方式 DAC0832有以下工作方式:

1)直通方式。如果DAC0832的两个8位寄存器都处于直通状态(输出跟随输入变化),即为直通方式。这时由DI7~DI0输入的数据可以直接进入DAC寄存器进行D/A转换。

3)双缓冲方式。如果两个8位寄存器都处于受控方式,即为双缓存方式。在这种方式下CPU分别控制两个缓冲寄存器的工作状态,数据输出要通过两步操作才能完成。例如,当DAC0832工作于双缓冲工作方式,它在DAC寄存器输出前一个数据的同时,可将下一个数据送入输入寄存器,能有效地提高转换速度。此外,两级缓冲方式还能够在多个转换器分时进行D/A转换时,同时输出模拟电压,达到同步输出的目的。这种方式多用于2路以上模拟输出,其中每一路都有独立的D/A转换装置,并且要求同步输出转换结果的电路。 2.3.4 DAC0832管脚功能

DI0~DI7:数据输入线,其中DI0为最低有效位LSB ,DI7为 最高有效位MSB。 CS:片选信号,输入线,低电平有效。 WR1:写信号1,输入线,低电平有效。 ILE:输入允许锁存信号,输入线,高电平有效

当ILE、和同时有效时,8位输入寄存器端为高电平\,此时寄存器的输出端Q跟随输入端D的电平变化;反之,当端为低电平\时,原D 端输入数据被锁存于Q端,在此期间D端电平的变化不影响Q端。

XFER(Transfer Control Signal):传送控制信号,输入线, 低电平有效。 IOUT1:DAC电流输出端1,一般作为运算放大器差动输入信号之一。 IOUT2:DAC电流输出端2,一般作为运算放大器另一个差动输入信号。 Rfb: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。 VREF:基准电压源端,输入线,VCC:工作电压源端,输入线,

10 VDC~ 5 VDC~

10 VDC。 15 VDC。

当WR2和XFER同时有效时,8位DAC寄存器端为高电平“1”,此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化;反之,当端为低电平“0”时,第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中,以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。

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8位DAC寄存器的输入端到输出端直通,只有第一级8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别接成受控方式。

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