内容发布更新时间 : 2024/4/28 9:31:58星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
实验十 D/A、A/D变换器
一、实验目的
1、掌握D/A、A/D变换的工作原理。
2、掌握D/A变换器0832和A/D变换器0809的使用方法。
二、实验原理
D/A变换器可将输入的数字信息变换为与此值成正比的模拟电压或电压。常用D/A转换电路结构有权电阻网络D/A转换，倒T形电路网络D/A转换等。下面分别介绍原理。 1、二进制加权电阻网络D/A转换器
图10.1 是4位权电阻网络D/A转换器原理图。它由权电阻网络，4个电子开关和1个求和放大器组成。
图10.1 权电阻网络D/A转换器
S3、S2、S1、S0是4个电子开关，其状态受数字代码d3、d2、d1、d0控制，代码为1时，开关接到VREF(参考电压)，代码为0时开关接地。各直流电流分别为： IO=VREF/2E3Rd0 (d0=1时，I0=VREF/2E3R, d0=0 时，I0=0) I1=VREF/2E2Rd1 I2=VREF/2E1Rd2 I3=VREF/2E0Rd3 由求和放大器可得输出电压 V0=-(I0+I1+I2+I3)Rf
=-VREF/R(1/2E3d0+1/2E2d1+1/2e1d2+1/2e0d3)R/2
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=-VREF/2.2e3（2e0d0+2e1d1+2e2d2+2e3d3） =-VREF/2e4（2e3d3+2e2d2+2e1d1+2e0d0）
上式表明，输出模拟电压正比于输入2进制数码，从而实现数字量到模拟量的转换。对于n位权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取R/2时，输出电压可写成： V0=-VREF/2en（dn-12en-1+dn-22en-2+…+d12e1+d02e0） 当Dn=0时，V0=0;当Dn=11…1时，V0=-VREF/2en（2en-1） 故V0的最大变化范围是2——2en-1/2enVREF 2、倒T型电阻网络传感器
权电阻网络的缺点是阻值网络种类很多，当转换位数较多时，阻值的变化范围很宽，使得难以准确选择，采用倒T型网络可适当解决这个问题。
T型网络只用两种电阻R和2R，如图10.2 所示4位T型网络。
图10.2 倒T型网络D/A转换器
图10.2 中，求和放大器反向输入端V的电压为0，V+=-V-=0，所以无论开关S3S2S1S0接到哪一边，都相当于接到“地”上，流过每个2R支路的电流始终不变。
在计算倒T型电阻中各支路的电流时，可以将电阻网络等效成10.3的形式。不难看出，AA、BB、CC、DD每个端口向左看过去的等效电阻都是R，因此从参考电源流入倒T型电阻网络的总电流为I=VREF/R，而每个支路的电流依次为I/2、I/4、I/8、I/16。当di=0时，Si开关接放大器的V-，而di=1时，Si接至放大器的输入端V-，则由图10.2 可知 I =I/2d3+I/4d2+I/8d2+I/16d0
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则 V0=-RI
=-(VREF/R).R(（1/2E1）d3+（1/2e2）d2+（1/2e3）d1+（1/2e4）d0) =-VREF/2e4（2e3d3+2e2d2+2e1d1+2e0d0） 对于n位的T型电阻网络D/A转换器
V0=-VREF/2en（dn-1.2en-1+dn-2.2en-2+…+d12e1+d02e0） =-VREF/2enDn
图10.3 倒T型电阻网络
上式和权电阻网络D/A转换器输出电压的计算公式具有相同形式。 实际应用中，经常采用集成D/A转换芯片。如DAC0832。 3、DAC0832
DAC0832是用CMOS工艺制成的单片式八位数模转换器。它由两个八位寄存器（输入寄存器和DAC寄存器）和一个八位数模装唤起组成。由于采用了两个寄存器，可以进行两次缓冲操作，使改器件的操作具有了更大灵活性。列如，它在输出对应于某一数字信息的模拟量时，便可以采集下一个数据。又如在多个转换器同时工作的情况下，输入信息可以不同时输入，单输出却可以是同时的。
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A/D模数转换器可将模拟信号转换成数字信号，常见模数转换器分为直接和间接两大类。直接A/D转换器中，输入模拟信号直接被转换成相应的数字信号；而间接A/D转换器中，输入模拟信号首先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间变量转换成输出的数字信号。A/D转换的方法很多，较为流行的有三种：逐次近似法、直接比较法和积分法。下面简单介绍逐次比较型A/D转换的原理。 1、主次渐进A/D转换
反馈比较型A/D转换器的构思是这样的：取一个数字量加到D/A转换器上，于是得到一个对应的输出模拟电压，将这个模拟电压和待转换模拟电压相比较。如果两者不相等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的这个数字量就是所求的转换结果。
在反馈比较型A/D转换器中经常采用计数型和逐次渐进型两种方案。
主次渐进型A/D转换器的工作原理可以用图10.5 的框图来说明。这种转换器电路包含比较器C、D/A转换器、寄存器、时钟脉冲源和控制逻辑的等5个组成部分。
转换开始前先将寄存器清零，则D/A转换器的输入数字量为全零。转换控制信号vL为高电平时开始转换。时钟信号首先将寄存器的最高位制成1，是寄存器的输出为000…00这个数字量被D/A转换器转成相应的模拟电压vO，并送到比较器与输入信号v1比较。如果Vo>vI，说明数字过大了，这个1应去掉；如果vO 主次渐进型A/D转换器的转换速度快，电路规模小，因此是目前集成A/D转换器产品中用的较多的一种电路。 2、ADC0809 ADC0809是采用CMOS工艺制成的8位8通道A/D变换器，芯片包含一个8路模拟开关、模拟开关的地址锁存与译码电路、比较器、256R电阻梯型网络、电子开关树、逐次渐进寄存器SAR、三态输出锁存缓冲器、控制与定时电路。其原理框图及外引线图见10.6 和图10.7。 ADC0809通过引脚IN0-IN7输入8路模拟电压，ALE将三位地址线ADDA、B、C进行锁存。然后由译码电路选通8路输入中的某一路进行A/D变换，当地址输入为000时，选通IN0模拟输入进行A/D转换。 引脚的含义： IN0-IN7：8路模拟输入。 REF(+)、REF(-)：基准电压的正极和负极。 CLOCK：是控制电路与时序电路工作的时钟脉冲。 ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道的地址选择信号。 ALE：地址锁存允许输入信号，由低向高电平的正跳时锁存地址信号，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D变换。 D0-D7：输出数据。 START:：启动信号。此引脚施加正脉冲，脉冲上升沿将所有内部寄存器清零，下降沿时开始A/D变换。 EOC：变换结束输出信号，高电平有效。在START信号上升沿之后0——8个时钟周期内，EOC信号变为低电平，当变换结束，结果数据被可以被读出时，EOC变为高电平。 OE：输出允许信号，高电平时，输出寄存器中的数据至数据总线上。 图10.7 ADC0809外引线图 4 三、实验任务 1、用DAC0832实现D/A转换：连接电路，改变DAC0832输入数据，将测得的输入电压VOUT填入表10.1中。 表10.1 D/A变换结果 数据输入 输出 K8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 K7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 K6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 K5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 K4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 K3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 K2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 K1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 VOUT —（2.496V） 0 19.500mv 39.00mv 78.00mv 156.00mv 312.00mv 624.00mv 1.248v 2、用ADC0809实现A/D转换。 5