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用于PC机的数/模转换装置

用于PC机的数/模转换装置

点击数:7270 次   录入时间:03-04 11:57:49   整理:http://www.55dianzi.com   变换电路

  这种用于PC机的简易数/模转换装置的组装方法。成本极低,组装也很方便,可以直接连接在PC机打印口上,将机内数字量以模拟电压形式输出。输出为8位精度,可以用于转换精度要求不太高的场合。虽然市场上有8~16位的各种精度的数/模转换器件销售。但是作为实际应用来说,8位分辨率已经够用了。因为对于12位以上的精度的数/模转换器,噪声问题会给开发者带来很大的困难。
  
  数/模转换输出方式基本上可以分为两种。分别用于PC机的并行接口和串型接口。但串型口并不意味一定是RS232口。实际上,其中大多数设计都仅借助于几根起着异步串行连接作用的普通数字连线来与计算机接口。串行口连接简单,但数据传输一般较慢;并且异步串行传输的控制软件也比较复杂。

  并行接口方式与串行方式相比需要更多的连接线。如对于8位数/模转换器来说,至少需要8根数据线和一根接地线。但并行连接的最大优点就是不需要任何‘握手’信号和信号连线。每次需要改变输出电压时,仅需要向接口电路写入数据即可。这样驱动程序十分简单。也不需要等待输出口的应答。当然输出电压的变化相对于数据输出来说会有一点时间延迟,这称为‘建立时间’。但这一时间延迟相当小,一般仅约为1us。

  一、AD557JN数/模转换器
  
  这里介绍一种用于并行接口的8位数膜转换器电路。一些旧的8位数膜转换器芯片,如:ZN426E(D/A)和ZN427E(A/D)都很好用。可惜市面上已经很难买到。目前最为接近ZN426E的数,模转换器芯片可能就是AD557JN了。
  
  AD557JN采用16脚双列直插式封装。管脚配置情况见下图,8个数据输入端在芯片一侧按顺序排列在一起。但需要特别注意,其输入和输出线的标识方法与一般方式有所不同:一般的数据线DO~D7.在这里被标为BIT1~BIT8。而且这里BIT1表示数据的最高有效位(即D7)。而BIT8则为最低有效数位(即DO)。在芯片的另一侧有两个接地管脚和一个正电源输入端。芯片采用单一的5V电源供电。要求输入电压保持在4.5~5.5V之间。标称电源电流15mA.最大不能超过25mA。

AD557JN管脚配置图


  
  两个接地脚均兼有数字地和模拟地的作用。AD557的数据资料中给出了关于接地和去耦电路的连接方案,可以用于那些需要较低噪音水平的场合。但由于芯片仅有8位分辨率,所以实践中噪音并不是重要问题。
  
  第9和第10脚分别是片选端和输入使能端。两者仅用于芯片直接与微处理器的数据总线直接相连的场合。对于使用PC机带有锁存的输出口来驱动的项目来说,此两引脚并不需要使用。可以直接接地,以便使转换芯片‘透明’化。即:数据只要送到数据输入端,就立即开始转换过程。
  
  AD557JN芯片的输出部分内置有一个运算放大器和3个电阻。其阻值范围如下图所示。在一般的应用条件下,管脚14~16被简单地连接在一起,从而3个电阻都用于负反馈。这使得对外输出电压范围为0~2.56V,而实际最大输出电平为2.55V(对应于数字量FFH,即数字量一位相当于模拟量10mV)。当然还可以有更多种的逻辑选择,2.55V是芯片数据表中推荐的一种。实际上,准确的最大输出电压对于实际应用来说影响不大,因为可以通过在A、B两相输出端上串联可变电阻来调整输出电压。

AD557JN内部结构


  
  实践中,经常使用标准输出电压为0~256V,再通过外接放大器和处理电路得到所需要的电压输出范围。
  
  此芯片与某些D/A转换器不同,不需要外接参考电源。AD557带有内置的精密宽范围参考电压源,可以提供高稳定度的1.2V电压。采用低电平参考电压的优点是:芯片可以在单一的5V电源下工作。在摄氏25度的温度下,转换误差为±2.5LSB(最低有效位)。但当温度上升时,误差可能增加到4.5LSB。在大多数的实际应用中,更为关注的是相对精度,典型的相对精度为:满量程时约±0.5LSB,最大不超过?1LSB。这足以满足大多数应用场合的需求。典型转换时间为0.8us,最大不超过1.5us。

  二、基本数一模转换电路
  
  为构建一个以AD557JN为基础的PC机数一模转换输出电路,还需要增加几个元件。事实上主要元件是电源去耦电容器。如下图中所示。由于芯片的输入端是TTL兼容型的,所以可以直接与任何PC机的打印机口连接。电路的工作特性类似与带有输出锁存器的TTL电平的8位输出端口。

  
  电路需要一个5V电源。而这无法从PC机的打印口获得。从PC机获得5V电源的方法可以参考有关文章。与PC机打印口的连接需要使用一个25针D型连接器,参见下图。使用并行接口的缺点是:连接电缆长度不能大于2~3米。
  
  当然,如果不需要高速操作,也可以使用稍长一些的电缆。

  三、组成数字PSU(数字电源设备)
  
  实际应用中,可在D/A转换器的输出端增加一个放大级,组成可以根据需要产生不同输出电压和电流的数字PSU设备。下图给出一个以AD557JN为基础组成的简单的PC机控制的数字电源设备。一个小的集成稳压块(IC2)用于从主电源取得+5V电源,供给D/A转换器。此转换器是标称输出电压值为0~2.56V的基本型配置。

PC机控制的数字电源设备


  
  在数字电源应用项目中,首先要能够取得更有用的输出电压范围。本样机中,运算放大器IC3以非反相方式连接。其增益约为5。这样可以将最大输出电压提高到12.75V,而分辨率达到50mV(0.05V)。在实践中IC3的电压增益必须调整为可以允许IC1中的任何计数错误,方法是:
  
  将数字255写入到D/A转换器中,然后调整VR1,使得输出电平精确地等于12.75V。
  
  在IC3的输出端接一个缓冲级,使得此数字电源可以提供的输出电流上升为1安培。此缓冲级是一个以达林顿晶体管TR1为核心组成的射极跟随器。
  
  由于从IC3所获得的输出电流有限,所以此晶体管需要有较高的增益。普通的功率放大晶体管用于此电路中难以得到好的效果。
  
  输出端的临时短路或较长时间的过载,对于这种类型的电源设备来说常常是不可避免的。所以必须采取某种类型的过流保护措施。本电路带有一个普通的电流限制器。用R3作为电流传感电阻,当输出电流超过1 1A时,会引起TR2导通,从而将IC3的电压拉低。
  
  输出短路电流额定值为小于1.2A。
  
  而其他输出电流可以通过改变R3的值来加以调节。电阻取值可以将所需要的输出电流值(安培表示)除以0.6来获得。本电路当输出电流增加到2安培时,仍能正常地工作。
  
  四、注意事项
  
  由于通过输出级晶体管时有电压降,所以此电路的电源电压必须至少高于输出电压3V。在空载时输入电源电压会超过30V。因此电源可以使用电压变化幅度大的,不一定要使用稳压电源。但如果使用18~30V的稳压电源,可以改善输出电压的稳定性。
  
  电阻R3要使用功率一瓦以上的。IC3具有PMOS输入级,因此在与器件交换数据时,常常会观察到抗静电保持状态。CA3140E是JC3的一种可能型号,专用于不带负电源的直流电路中。而大多数的其他运算放大器都需要双电源,因此无法在此电路中正常工作。
  
  晶体管TR1工作于大电压、大电流状态下,必须耗散一些功率。因此它必须安装在一个较大的散热片上。注意其集电极一端在芯片内部连接发热板,因此在将晶体管安装在散热片上时,必须使用适当的绝缘材料。TIP121和TIP122都可以用于此电路中。




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