51單片機(jī)與D/A接口設(shè)計詳解

D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出的是模擬量。有關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標(biāo)很多，例如絕對精度、相對精度、線性度、輸出電壓范圍、溫度系數(shù)、輸入數(shù)字代碼種類(二進(jìn)制或BCD碼)等。

1) 分辯率

分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。如果數(shù)字量的位數(shù)為n，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為2-n。這就意味著數(shù)/模轉(zhuǎn)換器能對滿刻度的2-n輸入量作出反應(yīng)。

2) 建立時間

建立時間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差±(1/2)LSB(最低有效位)時所需的時間。通常以建立時間來表示轉(zhuǎn)換速度.

轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電流時，建立時間較短;輸出形式為電壓時，由于建立時間還要加上運(yùn)算放大器的延遲時間，因此建立時間要長一點(diǎn)。但總的來說，D/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高于A/D轉(zhuǎn)換速度，快速的D/A轉(zhuǎn)換器的建立時間可達(dá)1 μs。

3) 接口形式

D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器。有兩類D/A轉(zhuǎn)換器，一類是不帶鎖存器的，另一類是帶鎖存器的。對于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，為了保存來自單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，接口時要另加鎖存器，因此這類轉(zhuǎn)換器必須在口線上;而帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個輸出口，因此可直接在數(shù)據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。

典型D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832

DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5 V～+15 V均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為±10 V;電流建立時間為1 μs;CMOS工藝，低功耗20 mW。

DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列圖如圖所示。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 該轉(zhuǎn)換器由輸入寄存器和DAC寄存器構(gòu)成兩級數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時，數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級鎖存(雙鎖存)形式，或單級鎖存(一級鎖存，一級直通)形式，或直接輸入(兩級直通)形式。

此外，由三個與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時，輸入數(shù)據(jù)被鎖存;當(dāng)=1時，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。

D/A轉(zhuǎn)換電路是一個R-2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。對各引腳信號說明如下：

(1) DI7～DI0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。

(2) CS：片選信號(輸入)，低電平有效。

(3) ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(輸入)，高電平有效。

(4) WR：第1寫信號(輸入)，低電平有效。

上述兩個信號控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式，當(dāng)ILE=1和 WR1 =1=0時，為輸入寄存器直通方式;當(dāng)ILE=1和WR1 =1時，為輸入寄存器鎖存方式。

(5) WR2 =1：第2寫信號(輸入)，低電平有效。

(6) XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(輸入)，低電平有效。

上述兩個信號控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式，當(dāng) WR2=0和XFER=0時，為DAC寄存器直通方式;當(dāng)WR2=1和XFER=0時，為DAC寄存器鎖存方式。

(7) Iout1：電流輸出1。

(8) Iout2：電流輸出2。

DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1+Iout2=常數(shù)。

(9) Rfb：反饋電阻端。

DAC 0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb即為運(yùn)算放大器的反饋電阻端。運(yùn)算放大器的接法如圖7.31所示。

(10) Vref：基準(zhǔn)電壓，其電壓可正可負(fù)，范圍是-10 V～+10 V。

(11) DGND：數(shù)字地。

(12) AGND：模擬地。