微型计算机原理及应用课程教案10(中职教育)0001

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1、第10章A/D及D/A转换器教学时数：6学时教学目的与要求：了解D/A转换器的工作原理，学握分辨率等常用性能指标的含义，掌握分辨率和精度的区别，了解DAC0832的结构，掌握DAC0832的工作方式，了解A/D转换器的工作原理，掌握采样、保持、量化、编码的概念和基本方法，掌握逐次逼近法，了解双积分法、电压频率转换法，了解ADC0809的结构，了解ADC0809与系统总线的连接。教学重点：DAC0832的工作方式。教学难点：DAC0832D/A转换器：DAC0832D/A的结果和工作方式；A/D转换器工作原理：A/D转换器的工作过程与转换原理；

2、ADC0809A/D转换器：ADC0809A/D转换器的结构及软硬件的实现。A/D（模/数）^D/A（数/模）转换技术广泛应用于计算机控制系统及数字测虽仪表中。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）,而将数字量侑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）。10.1D/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。随着微电了技术的发展，并行D/A转换器集成电路冃前已大量生产，广为采用。并行D/A转换器的位数与输入数码的

3、位数相同，对应输入数码的侮一位祁设有信号输入端，用以控制相应的模拟切换开关，把基准电压山接到电阻网络上。并行D/A转换器的原理如图10.1所示。Rf基准电压UoaiZ"并行输入数码图10.1并行D/A转换器的原理电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压，在运算放人器的输入端进行总加。放人器的输出则反映了输入数码的大小。如输入数码xp=a12-,+a22_2+...+ai2_i+...+an2-n,则:UfUnXp二山(尙21+a22_2+..+an2n)=Uda2,(10-1)其中，弘是1述是0,取决于输入数码第i位是逻辑1述是逻辑0。如果a

4、i=l,基准电压山通过模拟切换开关加到电阻网络上；如果al=0,模拟切换开关断开，基准电压山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。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/A转换器原理如图10.2所示。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=-UoRf/Ri=-2/3UxXpX3R/2R=-UnXP(10-

5、2)式屮K—运算放大器的输入运算电阻，Rf2RoRf」咖一9V15Van2-12a,+12,，+I爲/+5Vai2i图10.212位T形网络D/A转换器原理因此,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$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~(1-1/2叽之间变动。10.2D/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卜-儿方面：(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T”)与最人输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为T”)Z比。如N位D/A转

6、换器，其分辨率为1/(2n-1)o在实际使用小，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数來表示。(2)线性度：用非线性误差的人小表示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冇关。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，因此要获得高梢度的D/A转换结呆，首先要保证选择有足够分辨率的D/A转换器。同吋D/A转换粘:度还与外接电路的配置有关，当外部电路器件或电源课差较人时，会造成较人的D/A

7、转换课差，当这些谋差超过一定程度时，D/A转换就产生错谋。在D/A转换过程屮，影响转换精度的主要因素有失调谋差、增益谋差、非线性课爰和微分非线性误差。(1)建立时间：建立时间是D/A转换速率快慢的一个重耍参数，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)达到满刻度值土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转换器的主耍建立时间是输出运算放大

8、器所盅要的响应时间。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辭或者外接输出放人辭的电路(如图10.3所示)，因此其建立吋间