【正文】 第十一章 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器 概述 隨著微機(jī)的發(fā)展 ， 其應(yīng)用越來(lái)越廣泛 。 目前微機(jī)不僅應(yīng)用于生產(chǎn)管理 、 辦公室自動(dòng)化 、 數(shù)據(jù)處理 、 通信 、 網(wǎng)絡(luò)等方面 ， 已愈來(lái)愈多地進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理 ， 即用于控制和檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù) ， 已達(dá)到控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的目的 。 生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)大部分是連續(xù)變化的模擬量 ， 需要轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量 （ 通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換 ） 才能輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；而計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)為數(shù)字量 ， 需經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出 ， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制 。 A/D 、 D/A轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外界聯(lián)系的重要接口 。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖如下： 傳感器 被 控 對(duì) 象 濾波 放大 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) A/D 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) D/A 功 放 模擬開關(guān) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) … … … … … 數(shù) /模 （ D/A ） 轉(zhuǎn)換器 （ P391） 定義：數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換 。 把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出的器件稱為數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 （ 簡(jiǎn)稱 D/A轉(zhuǎn)換器 ） 。 D/A轉(zhuǎn)換器的原理 按轉(zhuǎn)換原理 ， 可將 D/A轉(zhuǎn)換器分為： 1． 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 組成： 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò) 、 基準(zhǔn)源 VR、 模擬開關(guān) 、 運(yùn)放 。 ai=0， 開關(guān)打向左邊 ， 電阻接地； ai=1， 開關(guān)打向右邊 ， 電阻接VR， 經(jīng)過(guò)運(yùn)算可得： 特點(diǎn)： V0與 VR極性相反 ， RF可調(diào)整輸出電壓 V0的范圍 ， 制造工藝簡(jiǎn)單 。 2． T型 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 RFn0 VRR21AV ????組成： T型 權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò) 、 基準(zhǔn)源 VR、 模擬開關(guān) 、 運(yùn)放 。 從各節(jié)點(diǎn)向右看和向下看的等效電阻都是 2R， 經(jīng)向右和向下的電流一樣 ， 經(jīng)計(jì)算可得： 特點(diǎn)： 同權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 。 3. 開關(guān)樹型 D/A轉(zhuǎn)換器 組成： 分壓器 、 樹狀排列的模擬開關(guān) 、 運(yùn)放 。 見下頁(yè)圖 特點(diǎn)： 運(yùn)放接成跟隨器 ， 既保證輸出電壓極性 ， 又可減小負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)換特性的影響 。 RF0 VRRAV ??Rn1i2a0 VV ii ?? ??4. 集成化 D/A轉(zhuǎn)換器 分類： 雙極型和 CMOS型 電阻網(wǎng)絡(luò)： 離子注入或擴(kuò)散電阻條 、 薄膜電阻 離子注入或擴(kuò)散電阻條：價(jià)廉物美 ， 但精度不高； 薄膜電阻：高精度 。 特點(diǎn)： 雙極型：轉(zhuǎn)換速度快 ， 適合于高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合 。 CMOS型：優(yōu)點(diǎn)是制造容易 、 造價(jià)低；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較慢 。 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)（ P393） 1. 分辨率 單位數(shù)字量 （ 最低位 LSB） 所對(duì)應(yīng)模擬量增量 。 即相鄰兩個(gè)二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的輸出電壓之差 。 它確定了 D/A產(chǎn)生的最小模擬量變化 ， 也可用最低位 LSB表示 。 如 ， n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為 1/2n 。 2. 精度 轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出與理論值之差 。 可分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度 。 絕對(duì)精度 （ 絕對(duì)誤差 ） 指的是在數(shù)字輸入端加有給定的代碼時(shí) ，在輸出端實(shí)際測(cè)得的模擬輸出值 （ 電壓或電流 ） 與應(yīng)有的理想輸出值之差 。 一般小于 1/2 LSB。 它是由 D/A的增益誤差 、 零點(diǎn)誤差 、 線性誤差和噪聲等綜合引起的 。 相對(duì)精度 指的是滿量程值校準(zhǔn)以后 ， 任一數(shù)字輸入的模擬輸出與它的理論值之差 。 精度的表示方法： 以滿量程 VFS的百分?jǐn)?shù)或最低有效位 （ LSB ）的分?jǐn)?shù)形式表示 。 如：精度為 177。 ％ ， 則最大誤差為 VFS 177。 ％ ， 若 VFS =10V， 則誤差為 177。 10mV。 n位 DAC（ D/A轉(zhuǎn)換器芯片 ） 的精度為 ， 則最大誤差為 。 3. 線性誤差 D/A的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性 （ 各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線 ） 與理想的轉(zhuǎn)換特性 （ 始終點(diǎn)連線 ） 之間是有偏差的 ， 這個(gè)偏差就是 D/A的線性誤差 。 即兩個(gè)相鄰的數(shù)字碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸出值 （ 之差 ） 與一個(gè)LSB所對(duì)應(yīng)的模擬值之差 。 表示方法：以 LSB的分?jǐn)?shù)形式表示 。 如： FS1nFSn V2 ????LSB21?LSB21?4. D/A轉(zhuǎn)換器的溫度系數(shù) D/A轉(zhuǎn)換器受溫度變化的影響 。 是指在規(guī)定的溫度范圍內(nèi) ，溫度變化 1℃ 時(shí) ， 各誤差參數(shù)的變化量 。 分溫度系數(shù)和增益溫度系數(shù) 。 5. 轉(zhuǎn)換時(shí)間 TS（ 建立時(shí)間 ） D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化后 ， 其輸出模擬量達(dá)到穩(wěn)定相應(yīng)值所需要的時(shí)間 。 超高速： TS ＜ 100ns 高速： TS ： 100ns ～ 10μs 中速： TS ： 10μs ～ 100μs 低速： TS ＞ 100μs 6. 電源抑制比 滿量程電壓變化的百分?jǐn)?shù)與電源電壓變化的百分?jǐn)?shù)之比 。 7. 饋送誤差 非輸入信號(hào)通過(guò)器件內(nèi)部電路耦合到 D/A輸出端造成的輸出誤差 。 D/A芯片及其與 CPU接口 （ P394） 由于使用的情況不同 ， DAC的位數(shù) 、 精度及價(jià)格要求不同 。美國(guó) AD公司 、 Motorola公司 、 半導(dǎo)體公司 NS 、 無(wú)線電公司RCA等均生產(chǎn) D/A轉(zhuǎn)換器 。 D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)由 8位 、 10位 、 12位 、 16位等 。 D/A轉(zhuǎn)換器能否與 CPU的外部數(shù)據(jù)總線連接 ， 取決于 D/A芯片內(nèi)部是否有輸入鎖存器 。 1. 不帶數(shù)據(jù)輸入鎖存器的 D/A與 CPU的連接 需要在 CPU與 D/A之間的數(shù)據(jù)通道上加鎖存器 （ 如：74LS37 74LS273） ， 以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性 。 這類 D/A有： AD75 AD752 DAC0808等 。 2. 帶數(shù)據(jù)輸入鎖存器的 D/A與 CPU的連接 由于 D/A芯片內(nèi)部已設(shè)計(jì)了輸入鎖存器 ， 所以可將 D/A的數(shù)據(jù)總線與 CPU的外部數(shù)據(jù)總線直接相連 。 這類 D/A有： AD752DAC0832等 。 3. D/A的輸入與輸出的關(guān)系 D/A的輸入與輸出呈比例關(guān)系 。 如： 8位 （ 輸出為 0 ～ 5V） ， 比例系數(shù)為： 12位 （ 輸出為 5V～ 5V） ， 比例系數(shù)為： 05 0255??)5(501212???? 典型的 8位 D/A芯片 DAC0832 1. 性能指標(biāo) 8位 DAC， CMOS器件，數(shù)據(jù)線與 TTL兼容； 電流輸出，單極性； 單電源 +5V ～ +15V； 轉(zhuǎn)換速度： 1μs， 參考電壓： 10V ～ +10V； 可單緩沖 、 雙緩沖或直接數(shù)字輸入三種方式工作； 二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存 （ 第一級(jí)為輸入鎖存 ） ； 低功耗 200mW。 20腳雙列直插式封裝（ DIP封裝）。 2. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳 引腳：