第10章模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(已修改)
2025-08-01 06:59 本頁面
【正文】 第 10章 模 /數(shù)和數(shù) /模轉(zhuǎn)換 通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生 掌握 模 /數(shù)和數(shù) /模轉(zhuǎn)換通道的基本組成、模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)， 掌握 A/D轉(zhuǎn)換芯 AD574及 D/A轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832分別與ISA總線的連接及應(yīng)用編程 了解 常用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和常用數(shù) /模轉(zhuǎn)換芯片 教學(xué)目的和教學(xué)要求 重點與難點 重點 ? 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù) ? 數(shù) /模轉(zhuǎn)換接口技術(shù) 難點 ? A/D轉(zhuǎn)換芯 AD574與 ISA總線連接的原理 ? D/A轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832與 ISA總線連接的原理 概述 ? 模擬量 —— 連續(xù)變化的物理量 ? 數(shù)字量 —— 時間和數(shù)值上都離散的量 模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器 ADC DAC 數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器 含有 A/D與 D/A轉(zhuǎn)換的監(jiān)控系統(tǒng) 模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換通道的組成 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成 一般模 /數(shù)轉(zhuǎn)換通道由傳感器、信號處理、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持器以及 A/D轉(zhuǎn)換器組成 傳感器：能夠把非電物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓）的器件，一般傳感器由電容、電阻、電感或敏感材料組成，在外加激勵電流或電壓的驅(qū)動下，不同類型的傳感器會隨不同非電物理量的變化，引起傳感器的組成材料發(fā)生改變，使得輸出連續(xù)變化的電流或電壓與非電物理量的變化成正比 一、傳感器（ Transducer） 由于傳感器組成材料發(fā)生改變引起輸出電流或電壓的變化十分微弱，容易受外界干擾，因此，在市場上能買到的各種變送器，已將傳感器與放大電路制作在一起，輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的 0～ 10mA或4～ 20mA電流，或 0～ 5V電壓，以便傳輸或直接送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，其中， 4～ 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出的傳感器較為普遍，常說的流量變送器、壓力變送器等一般輸出 4～ 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流，內(nèi)部處于恒流輸出結(jié)構(gòu)，顯然電流型傳感器比電壓型傳感器抗干擾能力強，易于遠(yuǎn)距離傳輸，因此，電流型傳感器被廣泛用于生產(chǎn)過程的檢測系統(tǒng)中 二、信號放大處理 信號放大處理電路 ，接在 A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器之間，用于解決以下存在問題 ? A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器二者電壓不匹配 ? 如果是電流型輸出傳感器，要進(jìn)行 Ⅰ ～ Ⅴ 變換與放大處理，將電流信號對應(yīng)變換成電壓信號 ? 傳感器工作在現(xiàn)場，可能存在復(fù)雜的強電磁波的干擾，通常采用 RC低通濾波器，濾除疊加在傳感器輸出信號上的高頻干擾信號，也可采用有源濾波技術(shù)，使得濾波特性更好 三、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（ Multiplexer） ? 一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ A/D轉(zhuǎn)換）往往要采集多路模擬信號 ? 通常只用一片 A/D轉(zhuǎn)換芯片，輪流選擇輸入信號進(jìn)行采集，既節(jié)省了硬件開銷，又不影響對系統(tǒng)的監(jiān)測與控制 ? 許多 A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部具備多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，一片 A/D轉(zhuǎn)換芯片可以輪流采集多路模擬輸入信號，如果 A/D轉(zhuǎn)換芯片不具有多路轉(zhuǎn)換功能，則在 A/D轉(zhuǎn)換之前外加模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 常用的模擬多路開關(guān)介紹 1． CD4051B的基本結(jié)構(gòu) CD4051B采用了 CMOS工藝，16腳 DIP封裝 八選一 模擬多路開關(guān) 當(dāng)使能端 INH為 0狀態(tài)時， CD4051B才能選擇導(dǎo)通，由選擇輸入端 A2A1A0三位二進(jìn)制編碼來控制（ CH0～ CH7）八個輸入通道的通斷。該芯片能實現(xiàn)雙向傳輸，即可以實現(xiàn)多傳一或一傳多兩個方向的傳送 2． CD4051B與不同電平接口時的電源供電 CD4051B常用的兩種電源供電方式如圖 103所示 ?① 與 TTL或 NMOS邏輯器件接口，如圖 103(a)所示， VDD=5V，VSS=0V， VSS作為數(shù)字信號的地，與 TTL及 NMOS電源相容。由于 VEE接 5V，所以開關(guān)可以接通 5V～+5V之間的模擬信號 ?② 與 CMOS邏輯器件接口，如圖103(b)所示， VDD=， VSS=0V，可作為 CMOS邏輯器件的供電電源。而 VEE=，所以開關(guān)可以接通～ + 3．通道的擴展 并接兩片 CD4051B，就可以擴展成為十六選一的模擬多路開關(guān)，如圖 104所示 注意：兩片連續(xù)擴展成十六選一模擬開關(guān)，同樣可以實現(xiàn)多傳一或一傳多的雙向傳輸，類似的模擬多路開關(guān)，例如CD4067B為十六選一模擬多路開關(guān)，也可以擴展成為三十二選一的模擬多路開關(guān) 四、采樣保持器（ Sample Holder） ? 在 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號不變的電路稱為采樣保持電路 ? A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換時間 ? 不同 A/D轉(zhuǎn)換
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