【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 OUT DX， AL ； 12位數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 HLT D/A轉(zhuǎn)換模板 通常對(duì) D/A轉(zhuǎn)換器而言 ， 都只能完成一路數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換 。 而實(shí)際的控制系統(tǒng) ， 往往需要將多路的數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬量 。如前所述 ， 總線式工控機(jī)中的 D/A轉(zhuǎn)換模板有單 D/A結(jié)構(gòu)和多 D/A結(jié)構(gòu)兩種 。 1． D/A轉(zhuǎn)換模板的通用性 為了便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的使用 ， D/A轉(zhuǎn)換模板應(yīng)具有通用性 ， 它主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：符合總線標(biāo)準(zhǔn) ， 可選接口地址以及可選輸出方式 。 ⑴ 符合總線標(biāo)準(zhǔn) 這里的總線是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部的總線結(jié)構(gòu) ， D/A轉(zhuǎn)換模板及其他所有電路模板都應(yīng)符合統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn) ， 以便設(shè)計(jì)者在組合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件時(shí) ， 只需往總線插槽上插上選用的功能模板而無(wú)需連線 ， 十分方便靈活 。 例如 ， STD總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模板尺寸為 165mm 114mm， 模板總線引腳共有 56根 ， 并詳細(xì)規(guī)定了每只引腳的功能 。 ⑵ 接口地址可選 一套控制系統(tǒng)往往需配置多塊功能模板 ， 或者同一種功能模板可能被組合在不同的系統(tǒng)中 。 因此 ， 每塊模板應(yīng)具有接口地址的可選性 。 一般接口地址可由基址 （ 或稱板址 ） 和片址 （ 或稱口址 ） 組成 ， 如圖 。 圖 接口地址可選的譯碼電路 ⑶ 輸出方式可選 D/A轉(zhuǎn)換器輸出方式有電流輸出和電壓輸出兩類 ， 而每一類又有多種情形 。 在過(guò)程控制中 ， 各自動(dòng)化裝置之間通常是采用 0～ 10mA DC或4～ 20mA DC的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系 。 因此 ， D/A轉(zhuǎn)換器最常用的是這兩種信號(hào)范圍可選的電流輸出方式 ， 如圖 。DAC0832輸出電流經(jīng)運(yùn)算放大器 Al和 A2變換成輸出電壓 V2， 再經(jīng)三級(jí)管 T1和 T2變換成輸出電流 IOUT。 當(dāng)短接柱 KA的 1— 2短接時(shí) ，通過(guò)調(diào)零點(diǎn)電位器 W1和量程電位器 W2， 為外接負(fù)載 RL提供 0～10mA DC電流；當(dāng) KA的 1— 3短接時(shí) ， 通過(guò)調(diào)節(jié) W1和 W2， 為 RL提供 4～ 20mA DC電流 。 圖 D/A轉(zhuǎn)換的電流輸出 圖 D/A轉(zhuǎn)換的單 /雙極性電壓輸出 2． D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)舉例 前面討論了幾種典型的 D/A轉(zhuǎn)換器 、 接口電路以及通用性等問(wèn)題 ，這就為 D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ) 。 硬件設(shè)計(jì)中一般并不需要復(fù)雜的電路參數(shù)計(jì)算 ， 但需會(huì)查閱集成電路手冊(cè) ， 掌握各類芯片的外特性及其功能 ， 以及與 D/A轉(zhuǎn)換模板連接的 CPU或計(jì)算機(jī)總線的功能及其特點(diǎn) 。 在硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)還必須考慮軟件的設(shè)計(jì) 。 D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)原則主要考慮以下幾點(diǎn)： ⑴ 安全可靠盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔離技術(shù) 。 ⑵ 性能價(jià)格比高 既要在性能上達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，又要在技術(shù)路線、芯片元件上降低成本。比如，在選擇集成電路芯片時(shí)，應(yīng)綜合考慮其轉(zhuǎn)換速度、精度、工作環(huán)境溫度和經(jīng)濟(jì)性等諸因素。 ⑶ 通用性 D/A 轉(zhuǎn)換模板應(yīng)符合總線標(biāo)準(zhǔn) ， 其接口地址及輸出方式應(yīng)具備可選性 。 D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計(jì)步驟是：確定性能指標(biāo) ， 設(shè)計(jì)電路原理圖 ， 設(shè)計(jì)和制造印制線路板 ， 最后焊接和調(diào)試電路板 。 其中 ， 數(shù)字電路和模擬電路應(yīng)分別排列走線 ， 盡量避免交叉 ， 連線要盡量短 。 模擬地 （ AGND） 和數(shù)字地 （ DGND） 分別走線 ， 通常在總線引腳附近一點(diǎn)接地 。 光電隔離前后的電源線和地線要相互獨(dú)立 。 調(diào)試時(shí) ， 一般是先調(diào)數(shù)字電路部分 ， 再調(diào)模擬電路部分 ， 并按性能指標(biāo)逐項(xiàng)考核 。 圖 （ a） 、 （ b） 給出了 8路 D/A轉(zhuǎn)換模板的結(jié)構(gòu)框圖和其中一路的電路原理圖 。 該模板由總線接口邏輯 、 8片DAC0832以及 V／ I變換電路等組成 。 其中每路的 D/A轉(zhuǎn)換器均接為單級(jí)輸入工作方式 ， 而且具有電壓 、 電流兩種可選的輸出方式 。 這里的 V／ I變換電路與負(fù)載共電源 ， 輸出電流 IOUT=VCC／ R5。 當(dāng)凡 R5 = 500Ω ， VCC＝ 0～ 5V時(shí) ，IOUT=0～ 10mA；當(dāng) R5＝ 250Ω ， VCC=1～ 5V時(shí) ， IOUT=4～ 20mA。 8路 結(jié)構(gòu)圖 單路 原理圖 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道中的信號(hào)變換 模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換包含信號(hào)的采樣和量化兩個(gè)過(guò)程 。 1． 信號(hào)的采樣 信號(hào)的采樣過(guò)程如圖 。 執(zhí)行采樣動(dòng)作的是采樣器 （ 采樣開關(guān) ） K， K每隔一個(gè)時(shí)間間隔 T閉合一個(gè)時(shí)間 τ 。 T稱為 采樣周期 ， τ 稱為采樣寬度 。 時(shí)間和幅值上均連續(xù)的模擬信 號(hào) y（ t） 通過(guò)采樣器后 ， 被變換為時(shí)間上離散的采樣信號(hào) y* （ t） 。 模擬信號(hào)到采樣信號(hào)的變換過(guò)程稱為采樣過(guò)程或離散 過(guò)程 。 圖 信號(hào)的采樣過(guò)程 采樣信號(hào) y*（ t） 是否能如實(shí)地反映模擬信號(hào) y（ t） 的所有變化與特征呢 ？ 采樣定時(shí)指出：如果模擬信號(hào) （ 包括噪聲干擾在內(nèi) ）頻譜的最高頻率為 fmax， 只要按照采樣頻率 f ≥ 2fmax進(jìn)行采樣 ，那么采樣信號(hào) y*（ t） 就能唯一地復(fù)現(xiàn) y（ t） 。 采樣定理給出了 y*（ t） 唯一地復(fù)現(xiàn) y（ t） 所必需地最低采樣頻率 。 實(shí)際應(yīng)用中 ， 常取 f ≥ （ 5～ 10） fmax。 2． 信號(hào)的量化 采樣信號(hào)在時(shí)間軸上是離散的 ， 但在函數(shù)軸上仍然是連續(xù)的 ，因?yàn)檫B續(xù)信號(hào) y（ t） 幅值上的變化 ， 也反映在采樣信號(hào) y*（ t） 上 。所以 ， 采樣信號(hào)仍不能進(jìn)入微機(jī) 。 微機(jī)只能接受在時(shí)間上離散 、幅值上變化也不連續(xù)的數(shù)字信號(hào) 。 將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為量化過(guò)程 ， 執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置是 A/D轉(zhuǎn)換器 。 字長(zhǎng)為 n的 A/D轉(zhuǎn)換器把 ymin～ ymax 范圍內(nèi)變化的采樣信號(hào) ， 變換為數(shù)字 0～ 2n－ 1， 其最低有效位 （ LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬量 q稱為量化單位 。 量化過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)用 q去度量采樣值幅值高低的小數(shù)歸整過(guò)程 ， 如同人們用單位長(zhǎng)度 （ 毫米或其它 ） 去度量人的身高一樣 。由于量化過(guò)程是一個(gè)小數(shù)歸整過(guò)程 ， 因而存在量化誤差 ， 量化誤差為 177。 1/2q。 例如 ， q=20mV時(shí) ， 量化誤差為 177。 10Mv， ～ ， 其量化結(jié)果是相同的 ， 都是數(shù)字 50。 在 A/D轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng) n足夠長(zhǎng)時(shí) ， 整量化誤差足夠小 ， 可以認(rèn)為數(shù)字信號(hào)近似于采樣信號(hào) 。 在這種假設(shè)下 ， 數(shù)字系統(tǒng)便可沿用采樣系統(tǒng)理論分析 、 設(shè)計(jì) 。 A/D轉(zhuǎn)換器 1． 主要技術(shù)指標(biāo) A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件 ， 這個(gè)模擬量泛指電壓 、 電阻 、 電流 、 時(shí)間等參量 ， 但在一般情況下 ， 模擬量是指電壓而言的 。 A/D轉(zhuǎn)換器常用以下幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其質(zhì)量水平 。 ⑴ 分辨率 分辨率是衡量 A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo) 。 分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù) n（ 字長(zhǎng) ） 來(lái)表示 ， 如 8位 、 12位 、 16位等 。 分辨率為 n位 ， 表示它能對(duì)滿量程輸入的 1/2n的增量作出反映 ， 即數(shù)字量的最低有效位 （ LSB） 對(duì)應(yīng)于滿量程輸入的1/2n。 若 n=8， 滿量程輸入為 ， 則 LSB對(duì)應(yīng)于模擬電壓＝ 20mV。 ⑵ 轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指 A/D轉(zhuǎn)換器完成一次模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間 。 ⑶ 線性誤差 線性誤差是指 A/D轉(zhuǎn)換器的理想轉(zhuǎn)換特性 （ 量化特性 ） 應(yīng)該是線性的 ， 但實(shí)際轉(zhuǎn)換特性并非如此 。 在滿量程輸入范圍內(nèi) ， 偏移理想轉(zhuǎn)換