电力系统远动第4讲_数模及模数转换

数/模转换一概述二数/模转换器原理与主要技术指标三数/模转换器与CPU/总线的连接四典型D/A转换器芯片教学目标：1、掌握D/A基本工作原理2、掌握D/A与CPU的硬件连接3、掌握D/A的编程2008-3-241一、概述z数字量和模拟量数字量:随时间断续变化的量。

计算机中的量都是数字量。

如: 01011010 、11000011, 。

模拟量:随时间连续变化的量。

如: 电源电压、环境温度、汽车速度、水管中的流量等待。

z数/模转换器DAC和模/数转换器ADC将数字量转换为模拟量的器件，DAC或D/A将模拟量转换为数字量的器件，ADC或A/D23z 计算机测量控制系统计算机控制对象传感器放大器滤波器 A / D D / A 放大器执行部件z 信号发生器4二、D/A 转换器原理与主要技术指标V REF 电阻网络+-R FB V o数字量输入模拟开关运算放大器模拟量输出V o = D ×△D = D n-1 •••D 1D 0 B = D n-1×2n-1+ •••+ D 1 ×21+ D 0 ×20△=2n R V REF R FB D5Vo = -I ×R FB = -D = D ×△RFB+-V oS n-1D n-12RI n-1R S n-2D n-22R I n-2R S 1D 12R I1R S 0D 02R I 02R V REFI I=V REF /R △=2n RV REF R FB V REF R FB 2n R D6当数字量为0000 0000B 时，V o =1 ×△= 0当数字量为0000 0001B 时，V o = 1 ×△= -0.039V 当数字量为1000 0000B 时，V o = 128 ×△= -5V 当数字量为1111 1111B 时，V o = 255 ×△= -9.96V10R28R例：8位D /A 转换器，基准电压V REF =10V ，R FB = R输出电压V o = D ×△△=2n R V REF R FB＝＝－0.039VD/A转换器的主要技术指标1. 分辨率：指D/A 转换器所能产生的最小模拟增量，常用用D/A 转换器的位数表示。

如：8 位D/A转换器的分辨率为8位，10 位D/A转换器的分辨率为10位。

2. 转换准确度：指模拟输出实际值与理想值（根据D/A输入推出）之间的偏差。

常用最低位LSB的几分之几表示。

例：若某n位D/A转换器的准确度为1/ 2LSB，3. 建立时间：指从数字输入端发生变化( 如从全“0”变为全“1”) 到模拟输出达到稳定( 即终值±1/2LSB ) 所需的时间。

一般为几十ns 到几个μs例：DAC0832为1μs4. 转换速率：指大信号工作状态下，模拟输出电压的最大变化速度，单位V/μs。

建立时间越大，转换速率越低。

785. 线性误差：理想情况下DAC 的转换特性应该是线性的，但实际上输出特性并非是线性的。

将实际转换特性偏离理想转换特性的最大值称为线性误差。

数字输入量模拟输出量实际满量程标称满量程000001010011100101110111实际特性理想特性线性误差D/A转换器及其与微机系统的连接1.D/A转换器的分类2.D/A转换器与微机系统的连接3.D/A 转换器的输出91. D/A转换器的分类z按数字量输入方式分并行输入DAC、串行输入DACz按模拟量输出方式分电压型输出DAC、电流型输出DAC z按性能特点分：按分辨率：8位、10位、12位、14位、16位······按建立时间：低速、中速、高速和超高速型（>100μs 、1~100μs、50ns ~100μs、<50 ns）按转换精度：高精度、超高精度10按内部是否有数据输入锁存器分带数据输入锁存器 不带数据输入锁存器VREF 基准电压数据线锁 存 器数 字 输入量模 拟 开 关RFB电阻 网络+Vo模 拟 输出量112. D/A转换器与微机系统的连接不带数据输入寄存器的DAC 带数据输入寄存器的DAC 位数大于微机系统数据总线位数的DAC12不带数据输入寄存器的DAC : 需增加锁存器方能与总线相连数据线 PC 总 地址线 线 IOW地 址 译 码锁 存 器不带数据输 入寄存器 DAC模拟量 输 出0 0 ≥1带数据输入寄存器的DAC： 可直接与总线相连数据线 PC 总 地址线 线 IOW地 址 译 码 带数据 输入 寄存器 DAC模拟量 输 出0 0 ≥113位数大于微机系统数据总线位数的DAC 例： 12位的数据在8位数据线上分两次输出 数据线D7~D0IOW D3~D0低8位 锁存0 0 ≥1 0 0 ≥1地址线 地址 port_L PC 译码 port_H 总线MOV OUT MOV OUT低8位 低8位 12 锁存 位 D/A 高4位 转 Vo 高4位 换 锁存 器AL, data1_L ;23H port_L, AL AL, data1_H ;01H port_H, AL143. D/A 转换器的输出 D/A转换器的输出分为电流输出型和电压输出型数 字 量 输 入 数 字 量 输 入D/AIo 电流D/AVo 电压数 字 量 输 入RFB i反相输出D/A+ VoVo = - i RFB15四、 典型D/A转换 DAC0832芯片8位并行、中速(建立时间1us)、电流型、低廉(10~20元) V cc VREF +5V～+15V -10V～+10VDI7~DI0 8位 输入 寄存 器 8位 DAC 寄存 器 8位 D/A 转换 器VREF IOUT2 IOUT1RFB反馈电阻引出端 AGND 模拟信号地 DGND 数字信号地 DI7~ DI0：数字输入 其中: DI0为最低位 DI7为最高位CS WR1 XFER WR2 ILELE1LE2&RFB&AGND VCC&DGND16DI7~DI0ILE18位 输入 寄存器 LE1 &8位 DAC 寄存器 LE28位 D/A 转换器VREF IOUT2 IOUT11RFBRFBCS WR1 XFER WR20 0&AGND VCC&DGNDILE输入锁存信号, 高电平有效；CS片选信号, 低电平有效 WR1写信号1，低电平有效 当 ILE、CS、WR1同时有效时, LE1=1，输入寄存器的输出随 输入而变化。

WR1 , LE1 将输入数据锁存到输入寄存 器 17DI7~DI08位 输入 寄存器 LE1 &8位 DAC 寄存器 LE28位 D/A 转换器VREF IOUT2 IOUT1ILERFBRFBCS WR1 XFER WR2&AGND VCC0 0&1DGNDXFER转移控制信号，低电平有效；WR2写信号2，低电平有 效。

当XFER、WR2同时有效时, LE2=1，DAC寄存器输出随输 入而变化；WR2 , LE2 将输入数据锁存到DAC寄存器，数据 进入D/A转换器，开始D/A转换18DI7~DI08位 输入 寄存器 LE &8位 DAC 寄存器 LE8位 D/A 转换器VREF IOUT2 IOUT1ILERFBRFBCS WR1 XFER WR2&AGND VCC&DGNDIOUT1模拟电流输出端1 当输入数字为全”1”时, 输出电流最大，约为： 全”0”时, 输出电流为0 255VREF 256RFBIOUT2 模拟电流输出端2 IOUT1 + I OUT2 = 常数192. DAC0832与微机系统的连接 1)单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状 态。

在不要求多相D/A同时输出时，可以采用单缓冲方式， 此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞 吐量。

2)双缓冲工作方式两个寄存器均工作于受控锁存器状态。

当要求多个模拟量同 时输出时，可采用双重缓冲方式。

20D7~D0DI7~DI0输入 寄存 LE &DAC 寄存 LED/A 转换IOUT2 IOUT1+ -Vo+5V IOWA9~A0ILE WR1RFB地址 译码CS XFER WR2&port PC总线转换一个数据的程序段：MOV AL, data MOV DX, port OUT DX, AL;取数字量21当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。

PC总线D7 ~ D0 DI7~DI0+5v DAC0832 D/A 转换 +ILE CSWR1XFERWR2V01DAC0832A9 ~ A0地 址 port1 译 port2 码 port3DI7~DI0+5vD/A 转换+ILE CSWR1XFER WR2V02IOW思考：相应的程序如何编写？22编程 ：利用上图，将datav1和datav2处的两组数据， 一一对应转换成模拟量同时输出。

codedatav1 datav2SEGMENTASSUME CS: code, DS:code DB 11h, 12h, 13h, 14h, 15h, 16h, 17h, 18h, 19h, 1Ah DB 21h, 22h, 23h, 24h, 25h, 26h, 27h, 28h, 29h, 2Ahstart:next:MOV MOV LEA LEA MOV MOV OUT MOV OUT OUT INC INC LOOPMOV INT ENDSAX, code DS, AX SI, data_v1 BX, data_v2 CX, 10 AL, [SI] port1, AL AL, [BX] port2, AL port3, AL SI BX nextAH, 4CH 21H;取V1的数据 ;打开第一片0832第一级锁存 ;取V2的数据 ;打开第二片0832第一级锁存 ;打开两片0832的第二级锁存codeENDstart23例利用上例连线图，编程输出一锯齿波。

Vo 4V0Vt24D0 ~ D7 +5VIOW数据线DI0 ~ DI7 ILE WR1 WR2RFBIOUT1 IOUT2+VoA0 ~ A9地 port1 址 译 port2 码CSVREF-5VXFER DGNDVo = - IOUT1 × RFB= -D×VREF 256当Vo =4V，VREF= -5V时：D＝205＝0CDH25code SEGMENT ASSUME CS:codestart: MOV MOV next: MOV OUT MOV OUT CALL INC CMP JNZ MOV LOOPCX, 8000H AL, 0 DX, port1 DX, AL DX, port2 DX, AL delay AL AL, 0CEH next AL, 0 next;波形个数;锯齿谷值 ;打开第一级锁存 ;打开第二级锁存 ;控制锯齿波的周期 ;修改输出值 ;比较是否到锯齿峰值 ;未到跳转 ;重置锯齿谷值 ;输出个数未到跳转 ;返回DOSVo 4V0VCDHMOV AH, 4CH INT 21H ；子程delay （略） code ENDS END start26实际输出的波形图Vo4V0Vt理想波形Vo 4V0V27tD7~D0DI7~DI0IOUT2 IOUT1+ -Vo+5V IOWA4 A5 A6A B C nY0 nY1 nY2 nY3 nY4 nY5 nY6 nY7ILE WR1 CS XFER WR2RFB+5VG1 nG2A nG2BDAC0832PC总线74LS13828模/数转换（数据采集系统）一 概述 二 模/数转换器 三 采样保持器和多路模拟开关教学目标： 1、掌握ADC的基本概念 2、掌握 A/D 与CPU/总线的硬件连接 3、掌握 A/D 的编程 4、掌握数据采集系统的设计方法2008-3-241一 概述数字量和模拟量数字量 :随时间断续变化的量。