第2章 2.4 DA转换器及接口技术,2.5 模拟量输出通道

2、DAC1210与PC总线接口 －译码器对端口300H，301H，302H分别产生 /Y0， /Y1 ， /Y2用于DAC的控制。 /CS接地
8位输入寄存器：PC总线D0-D7
4位输入寄存器：PC总线D4-D7 (总线复合) －输出端用反相放大器把差动电流转换为电压 ，经倒 相后变为正极性电压输出。
2.5 模拟量输出通道
• 模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数 字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动 相应的执行机构，从而达到控制的目的。
• 一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组 成。
2.5.1 模拟量输出通道的结构型式
1、一个通道设置一个数模转换器的型式 优点：转换速度快、工作可靠，即使某一路D/A 转换器有故障，也不会影响其它通路的工作。 缺点：使用了较多的D/A转换器
Hale Waihona Puke 工作过程：1. 锁存高8位数据：/Y0有效-> BYTE1/BYTE2 高电平->当
/IOW 有效-> D0-D7 锁入8位输入寄存器， D4-D7 锁入4位输
入寄存器。 2.锁存低4位数据： /Y1有效-> BYTE1/BYTE2 低电平->当
/IOW 有效-> D4-D7 锁入4位输入寄存器。
1．集成V/I转换器ZF2B20
图2-11是集成V/I转换器ZF2B20的引脚图，采用单 正电源供电，电源电压范围为10～32V，ZF2B20的输入 电阻为10KΩ，动态响应时间小于25μS，非线性小于 土 0.025％。
•ZF2B20是通过V/I变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流。它的输 入电压范围是0～10V，输出电流是4～20mA(加接地负载)，采用单正电源供电， 电源电压范围为10～32V，它的特点是低漂移，在工作温度为-25～85℃范围内， 最大漂移为0．005%/℃，可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送 和连接。 • ZF2B20的输入电阻为10KΩ，动态响应时间小于25μS，非线性小于 ±0．025%。
3.输入寄存器数据送到DAC寄存器： /Y2有效->/XFER 低电平 ->当 /IOW 有效->输入寄存器数据传送到DAC寄存器，并开始
D/A转换。
4. DAC寄存器锁存， D/A 输出保持： /Y2, /IOW 变高电平 ->DAC寄存器锁存数据，保持D/A转换输出。
－程序 MOV DX,300H; /Y0有效 MOV AL,83H； 高8位数据 OUT DX,AL MOV DX,301H; /Y1有效 MOV AL,0F0H； 低4位数据 OUT DX,AL MOV DX,302H；/Y2有效 OUT DX,AL； 进行D/A转换 HLT 此时数据量为83FH=2111,上述程序顺序不能改变。
3．自动/手动切换
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•目的：在计算机出现故障时，可以手动操作 • 电路的两个功能：①实现V/I变换②能够实现A/H切换 •①实现V/I变换 • 当开关K1处于自动位置A时，它形成一个电压比较型跟随器， 是自动控制输出方式。当Vf≠Vi时，电路能自动地使输出电流增 大或减小。最终使Vf=Vi，于是有 • IL=Vi／(R9+W)
高速、高精度D/A：AD562 （10位） 、AD7541 （12位） 。 高速D/A：AD561（10位，建立时间为250 ns(达到±1/2
LSB)、DAC-08 （8位） 。
高分辨率D/A：DAC1136（16位） 、DAC1137 （16位）等。 为了应用的灵活性，有： 可选择输出电压双极性的：AD7524、AD7542 （12位） 。 芯片内带有数字寄存器可与CPU数字总线直接相连的AD558、 AD7524。
1．DAC单极性输出
VOUT VREF D 256
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
DAC0832 VREF DI7
DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0
V RE F
Rfb IOUT1 A VOUT IOUT2
D D7 27 D6 26 D1 21 D0 20
满刻度
模 拟 实际 量 输 出
线性误差
理想特性
数字量输入
常见D/A转换器类型： －电流输出型，通常要转为电压，速度因外接放 大器有滞后。 －电压输出形，速度快，仅用于高阻抗负载。
2.4.1 D/A转换器
常见的D/A 通用、廉价的D/A转换器：AD1408（8位）、AD7524 （8
位） 、AD558 （8位） 。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0
R
I3
A
图 3-9 DAC双 极 性 输 出 方 式
A1 和 A2 为运算放大器，A点为虚地，故可得：
I1 I 2 I 3 0
VOUT1
VREF D 256
VREF I1 2R
－工作过程： 1. 端口地址+/IOW有效-> /CS有效 -> LE1高电平
-> 输入寄存器直通 -> 输入数据进行D/A转换。
2. /IOW变高-> /CS变高 -> LE1低电平 -> 输入寄 存器锁存 -> D/A转换输出保持。
－程序，端口地址300H。 MOV DX,300H MOV AL,7FH ;计算电压大小 OUT DX,AL HLT － 电流输出端IOUT1,IOUT2的电位应接近0， 以保证运放输出的线性。
存器，分别由LE1，LE2控制。
高电平：寄存器直通 低电平：寄存器锁存
－引脚说明：
DI0-DI7：数字输入 IOUT1,IOUT2：电流输出， IOUT1+IOUT2=C
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。 •1LE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 •当1LE、和/CS、/WR1同时有效时，8位输入寄存器LE1端为 高电平"1"，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LE1为低电平"0"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。
• 从上式可以看出，只要电阻R9+W稳定性好，A1和A2具有较 好的增益，该电路就有较高的线性精度。当R9+W=500Ω或 250Ω时，IL就以0～10mA或4～20mA的直流电流信号线性地对 应Vi的0～5V或1～5V的直流电压信号。
•②能够实现A/H切换 •当开关K1、K2和K3都处于H位置时，即为手动操作方式，此时 运算放大器A1和A2脱开，A2成为一个保持型反相积分器。当按 下“增”按钮时，V2以一定的速率上升，从而使IL也以同样的速 率上升； •当按下“减”按钮时，V2以一定的速率下降，IL也就以同样的 速率下降。
工作方式：
1、直通工作方式：若不锁存，直接转换，/WR1、/WR2、/CS
和/XFER为0，ILE接高电平。
2、单缓冲方式：一般情况下为了简化接口电路，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。 当/XFER，
/WR2接地，ILE接高电平， /WR1接I/O控制，/CS接译码。 此时只有输入寄存器有效。 3、双缓冲方式：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。常用于多D/A转换器同时输
出的场合。
2、12位D/A转换器DAC1210
－12位电流输出型D/A转换器
－内部具有两个锁存器：输入锁存器和DAC锁
存器，分别由/LE控制。
－BYTE1/BYTE2输入控制端 :为“1”时，12位数据同时 存入第一级的两个输入寄存器，当为“0”时，只将低四位数据存 入4位输入寄存器。 高电平：DI0-DI11同时锁存到输入寄存器
/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。
2. 多个通路共用一个数模转换器的型式 优点：节省了数/模转换器 缺点：只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它 还要用多路开关，且要求输出采样保持器的保持时间与采样 时间之比较大。这种方案的可靠性较差。 应用场合：适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。
2.5.2 单极性与双极性电压输出电路
1、8位D/A转换器DAC0832
外部结构特征
采用20引脚、双列直插式集成电路芯片。 主要参数：分辨率8位，电流稳定时间1μ s，电流输出，与TTL电平兼容； 功耗20mW。
组成：主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、采用R— 2R电阻网络的8位D/A转换器、相应的选通控制逻辑四部 分组成。 －内部具有两个锁存器：输入锁存器和DAC锁
(a)是一种带初值校准的0～10V到4～20mA转换电路。 (b)是一种带满度校准的0～10V到0～10mA转换电路。
• 2．集成V/I转换器AD694
AD694是一种4～20mA转换器，适当接线也可使其输出范围为 0～20mA。AD694的主要特点是： ·输出范围：4～20mA,0～20mA。 ·输入范围：0～2V或0～10V。 ·电源范围：+4.5～36V。 ·可与电流输出型D/A转换器直接配合使用，实现程控电 流输出。 ·具有开路或超限报警功能。
低电平：DI0-DI3锁存到4位输入寄存器
－ DAC寄存器的锁存控制端/LE 高电平：Q＝D，输入寄存器与DAC寄存器直通 低电平：DAC寄存器锁存 －/WR1,/WR2,/CS,/XFER , Rfb, VREF与DAC0832相同