模数和数模转换.pdf

第10章 模/数和数/模转换 教学目的和教学要求 通过本章的学习，使学生掌握模/数和 数/模转换通道的基本组成、模/数与数/ 模转换器的主要技术指标，掌握A/D转换 芯AD574及D/A转换芯片DAC0832分别与 ISA总线的连接及应用编程 了解常用模/数转换芯片和常用数/模 转换芯片 重点与难点 重点 模/数转换接口技术 数/模转换接口技术 难点 A/D转换芯AD574与ISA总线连接的原理 D/A转换芯片DAC0832与ISA总线连接的 原理 10.1 概述 模拟量——连续变化的物理量 模拟/数字转换器 DAC ADC 数字/模拟转换器 数字量—— 时间和数值上都离散的量 含有A/D与D/A转换的监控系统 10.2 模/数与数/模转换通道的组成 10.2.1 模/数转换通道的组成 一般模/数转换通道由传感器、信号处 理、多路转换开关、采样保持器以及A/D 转换器组成 一、传感器（Transducer） 传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流 或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、 电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压 的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物 理量的变化，引起传感器的组成材料发生改 变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物 理量的变化成正比 由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或 电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此， 在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放 大电路制作在一起，输出统一标准的0～10mA或 4～20mA电流，或0～5V电压，以便传输或直接送 A/D转换器进行A/D转换，其中，4～20mA标准电 流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、 压力变送器等一般输出4～20mA标准电流，内部 处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型 传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此， 电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中 二、信号放大处理 信号放大处理电路，接在A/D转换器与传感器之 间，用于解决以下存在问题 A/D转换器与传感器二者电压不匹配 如果是电流型输出传感器，要进行Ⅰ～Ⅴ变换与 放大处理，将电流信号对应变换成电压信号 传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的 干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感器 输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技 术，使得滤波特性更好 三、多路转换开关（Multiplexer） 一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多 路模拟信号 通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信 号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对 系统的监测与控制 许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一 片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信 号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能， 则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关 常用的模拟多路开关介绍 1．CD4051B的基本结构 CD4051B采用了CMOS工 艺，16脚DIP封装 八选一模拟多路开关 当使能端INH为0状态时，CD4051B才能 选择导通，由选择输入端A2A1A0三位二进 制编码来控制（CH0～CH7）八个输入通道 的通断。该芯片能实现双向传输，即可以 实现多传一或一传多两个方向的传送 2．CD4051B与不同电平接口时的电源供电 CD4051B常用的两种电源供电方式 如图10-3所示 ①与TTL或NMOS逻辑器件接口， 如图10-3(a)所示，VDD=5V， VSS=0V，VSS作为数字信号的地， 与TTL及NMOS电源相容。由于VEE 接-5V，所以开关可以接通-5V～ +5V之间的模拟信号 ②与CMOS逻辑器件接口，如图 10-3(b)所示，VDD=7.5V， VSS=0V，可作为CMOS逻辑器件的 供电电源。而VEE=-7.5V，所以开 关可以接通-7.5V～+7.5V之间的 模拟信号 3．通道的扩展 并接两片CD4051B，就可以扩展成为十六选一的模拟多 路开关，如图10-4所示 注意：两