a╱d及d╱a转换器.doc

教学重点:0832工作原理及应用,0809与系统连接及工作原理并能进行编程
教学难点:0832及0809工作原理
教学时数:6学时
教学内容:A/D转换器的工作原理及性能指标,C0832D/A转换器(结构、工作方式及应用), D/A转换器的工作原理及性能简介,C0809A/D转换器(结构及与系统的连接), 570 A/D转换器(结构和工作方式简介)
教学方式:课堂讲授
教学要求:
(1)掌握A/D及D/A转换器的工作原理。
(2)重点掌握0832及0809与系统的连接。
(3)掌握0832及0809的编程应用。
A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机控制系统及数字测量仪表中。
将模拟量信号转换成数字量的器件称为模/数转换器(简称A/D转换器),而将数字量信号转换成模拟量信号的器件称为数/模转换器(简称D/A转换器)。
D/A转换器工作原理
D/A转换器从工作原理上可分为并行D/A转换器及串行D/A转换器两种。并行D/A转换器的转换速度快,但电路复杂。随着微电子技术的发展,并行D/A转换器集成电路目前已大量生产,广为采用。
并行D/A转换器的位数与输入数码的位数相同,对应输入数码的每一位都设有信号输入端,用以控制相应的模拟切换开关,把基准电压Un接到电阻网络上。并行D/。

电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压,在运算放大器的输入端进行总加。放大器的输出则反映了输入数码的大小。如输入数码xp=a12-1+a22-2+…+ai2-i+…+an2-n,则:
Uo=UNxp=UN(a12-1+a22-2+…+an2-n)=UN∑ai2-i(9-1)
其中,ai是1还是0,取决于输入数码第i位是逻辑1还是逻辑0。如果ai=1,基准电压UN通过模拟切换开关加到电阻网络上;如果a1=0,模拟切换开关断开,基准电压UN不能加到电阻网络上。
并行D/A转换器的转换速度很快,只要输入端加入数码信号,输出端立即有相应的模拟电压输出。
u
i=1
在并行D/A转换器中,最常用的电阻网络是“T”形网络。12位T形网络D/。它由12个串联分路开关、27个精密电阻和一个运算放大器组成。电阻网络只用R及2R两种规格的电阻。电阻网络的输出接至运算放大器,若反馈电阻Rf的值为3R,则总的输出电压UO为:
UO=-U0Rf/Ri=-2/3UNxp×3R/2R=-Unxp (9-2)
式中Ri——运算放大器的输入运算电阻,Ri=2R。

因此,当输入二进制码xp为全1,运算放大器输出为-(1-1/212)UN;当输入二进制码xp为全0,则运算放大器输出为0。所以,D/A转换器的输出在0~(1-1/212)UN之间变动。
D/A转换器的主要性能指标
D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面:
(1) 分辨率: 指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器,其分辨率为1/(2N-1)。在实际使用中,表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。
(2) 线性度: 用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。
(3) 转换精度: D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差时,D/A的转换精度就是分辨率的大小,因此要获得高精度的D/A转换结果,首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同时D/A转换精度还与外接电路的配置有关,当外部电路器件或电源误差较大时,会造成较大的D/A转换误差,当这些误差超过一定程度时,D/A转换就产生错误。
在D/A转换过程中,影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。
(4) 建立时间: 建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要参数,也是D/A转换器中的输入代码有满度值的变化时,其输出模拟信号电压(或模拟信号电流)达到满刻度值±1/2LSB(或与满刻度值差百分之多少)时所需要的时间。不同型号的D/A转换器,其建立时间也不同,一般从几个毫微秒到几个微秒。若输出形式是电流的,其D/A转换器的建立时间是很短的;若输出形式是电压的,其D/A转换器的主要建立时间是输出运算放大器所需要的响应时间。
由于一般线性差分运算放大器的动态响应速度较低,D/A转换器的内部都带有输出运算放大器或者外接输出放大器的电路(),因此其建立时间比较长。

(5) 温度系数: 在满刻度输出的条件下,温度每升高1℃,输出变化的百分数定义为温