著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 1 第十章 數位類比 / 轉換器 Digital To Analog Converter (DAC)

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1 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 1 第十章 數位類比 / 轉換器 Digital To Analog Converter (DAC)

2 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 2 內容大綱  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

3 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 3 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

4 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 4 DAC 簡介  自然界中的物理量，往往是呈現連續的類比訊號。  欲將外界物理量的變化量傳入微電腦中進行運算，或 是要由微電腦輸出命令驅動裝置時，就需要將訊號進 行數量化之轉換 。 微電腦系統資料訊息處理流程

5 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 5 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

6 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 6 DAC 工作原理  8254 內部構造 DAC 是一種將並列的數位信號 ( 數值 ) 轉換成電壓的一種裝置 。 DAC 是一種將並列的數位信號 ( 數值 ) 轉換成電壓的一種裝置 。

7 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 7 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

8 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 8 DAC 種類  加權電阻型 DAC Vref ： DAC 內部參考電壓 Vref ： DAC 內部參考電壓 D0~D7 ：數位信號 D0~D7 ：數位信號 當 D0~D7 任何一位元的資料 為 1 ，則相對於數位信號之開 關 SW0~SW7 則導通 ( 閉合 ) 當 D0~D7 任何一位元的資料 為 0 ，則相對於數位信號之開 關 SW0~SW7 則開路

9 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 9 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  加權電阻型 DAC

10 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 10 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  加權電阻型 DAC 當 Vref=5V ， D7~D0=10110000 ，則

11 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 11 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  R2R 型 DAC D0~D7 ：數位信號 D0~D7 ：數位信號 當 D0~D7 任何一位元的資料 為 1 ，則相對於數位信號之開 關 SW0~SW7 則接至 Vref 當 D0~D7 任何一位元的資料 為 0 ，則相對於數位信號之開 關 SW0~SW7 則接至 0V

12 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 12 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  R2R 型 DAC 當 D7=1 ， D6~D0=0 ，則 等效電路如圖 10-5

13 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 13 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  R2R 型 DAC 當 D7=0 ， D6=1 ， D6~D0=0 ， 則等效電路如圖 10-6

14 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 14 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  R2R 型 DAC 當 Dn=1 ，其餘位元為 0 ，則其對 Vo 輸出的貢獻為 由重疊定理 (Super position Theorem) 可得總輸出電壓

15 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 15 DAC 種類 DAC 種類 ( 續 )  R2R 型 DAC 當 Vref=5V ， N=8 ， D7~D0=11000000 ，則

16 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 16 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

17 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 17 DAC 使用之注意事項  DAC 之線性度 線性度是指一個 DAC 對數位信號 轉換曲線。從最小數值 (00000000) 至最大數值 (11111111) 的輸入是否 依一定的比例輸出其電壓，如圖 10-7 。 好的 DAC 的線性誤差為  1/2LBS ， 對 8 位元的 DAC ，其線性誤差應小於

18 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 18 DAC 使用之注意事項  DAC 之解析度 解析度就是 DAC 每一階之輸出變化量。 N 愈大，則 DAC 的解 析度愈高，反之亦然。 以一 8 位元 ADC 為例，若其 Vref=5V ，則

19 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 19 DAC 使用之注意事項  DAC 之精確度 精確度代表著實際輸出值與理想值之間之差量。當一個 DAC 的實際輸出值與理相理論值差量愈小，則表示其精確 度愈高。

20 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 20 DAC 使用之注意事項  DAC 之安定時間 安定時間代表著當數位數值信號輸出至 DAC 後，直到 DAC 產生一穩定的電壓輸出為止的一段響應時間 ts 。一般 DAC 之 安定時間定義為其輸出值與理想值誤差在 ±1/2LSB 內之最短 時間 。

21 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 21 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

22 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 22 8 位元數位類比轉換器 DAC0808  8 位元、數位類比轉換器  解析度： 1/256  精確度： 0.019%  安定時間： 150ns  線性度： ±1LSB  R-2R 梯型類比轉換器  輸出型態：電流輸出 接腳 A1~A8VccV EE NCGNDIo Vref (  ) COMPE N 功能 數位輸入 接腳 +4.5V  +18V -4.5V  ~-18V 空腳 接地 腳 電流 輸出 參考 電壓 之 + - 接腳 接上電容 以防止高 頻振盪

23 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 23  應用電路 8 位元數位類比轉換器 DAC0808  Iref =2mA  C1 ：頻率補償電容  uA741 ：電流 / 電壓輸出轉 換器 R2R1VR1R3VR3C1 2KΩ680Ω1KΩ680Ω1KΩ33pF

24 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 24  應用電路 8 位元數位類比轉換器 DAC0808

25 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 25 內容大綱 ( 我們在哪裡 ?)  DAC 簡介  DAC 工作原理  DAC 種類 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC 加權電阻型 DAC 、 R-2R 梯型 DAC  DAC 使用之注意事項 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間 DAC 之線性度 、 DAC 之解析度 、 ADC 之精確度 、 ADC 之 安定時間  8 位元數位類比轉換器 DAC0808  感測整合實驗 (DAC 實驗 )

26 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 26  實驗設備 感測整合實驗 (DAC 實驗 ) 硬體設備： (1) 電晶體 DAC0808 和 LF351 各一個 (2) 5k 電阻三個 (3) 0.1μF 電容 (4) 電源供應器 5V 和 ±12V (5)8255 平行埠擴充卡一張 (6) 示波器一台 使用軟體： BCB 5.0 WinDriver

27 著作權所有 © 2004 王國禎、余文俊 27  程式畫面與操作方法 感測整合實驗 (DAC 實驗 ) 按下 ” Squarewave Generator ” 以產生 方波訊號 可利用下方 2 個 ScrollBar 來調整訊 號的大小與周期 預設值分別為 70 與 5 ，電壓輸出隨 訊號增加遞增最大可到 10.4 Volt 訊 號周期單位為微秒 按下 ” Close All ” 可關閉程式。