了解D/A转换器的原理和应用

1.D/A转换器的工作原理

D/A转换器的作用就是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。D/A转换器实质上是一个译码器(解码器)。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压uO和输入数字量Dn之间成正比关系。设UREF为参考电压，则uO=DnUREF。

将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模拟量与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换，D/A转换器工作原理图如图7-14所示。

图7-14 D/A转换器的工作原理图

在图7-14中，设输入二进制数据Dn为

则输出电压uO为

可见，D/A转换器的输出电压uO，等于代码为1的各位所对应的各分模拟电压之和。

2.D/A转换器类型

D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络及求和电路等部分组成，其方框图如图7-15所示。

其工作过程是：数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中;寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路;求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。

常用的D/A转换器根据工作原理的不同，分为权电阻网络D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、开关树形D/A转换器、权电容网络D/A转换。

图7-15 N位D/A转换器方框图

3.D/A转换器主要技术指标

(1)分辨率

分辨率通常用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。可以有以下两种表示方法。

①用输入数字量的位数n表示D/A转换器的分辨率。

②用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比表示D/A转换器的分辨率。

n位D/A转换器的分辨率为

显然，n越大，D/A转换器分辨最小电压的能力越强，可达到的精度越高。所以也用输入数码的位数来表示分辨率。例如，UREF=10V、8位的D/A转换器，其分辨率为0.004(或为8位)，分辨输出最小电压为40mV;而10位的D/A转换器的分辨率为0.001(或为10位)，分辨输出最小电压为1mV。

(2)转换精度

D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。

(3)输出建立时间

从输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定值相差±0.5LSB范围内所需要的时间，称为输出建立时间tset，又称为转换时间。目前单片集成D/A转换器(不包括运算放大器)的建立时间最短达到0.1μs以内。

(4)温度系数(www.xing528.com)

在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。

4.集成D/A转换器

(1)DAC0832内部结构

DAC0832是常用的集成D/A转换器，其内部结构框图如图7-16(a)所示。它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器组成。8位D/A转换器由倒T形电阻网络和电子开关组成。

图7-16 DAC0832结构框图和引脚图

(2)DAC0832引脚功能

DAC0832采用20条引脚，双列直插封装，引脚图如图7-16(b)所示。

DI7～DI0：8位输入数据信号。

ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。

片选信号，低电平有效。

输入数据选通信号，低电平有效(上升沿锁存)。

数据传送选通信号，低电平有效。

数据传送选通信号，低电平有效(上升沿锁存)。

IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最大(满量程输出);当DAC锁存器中为全0时，IOUT1为0。

IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分输入信号(一般接地)，满足IOUT1+IOUT2=满量程输出电流。

Rfb：反馈电阻(内已含一个反馈电阻)引出端。DAC0832中无运算放大器，且为电流输出，使用时需外接运算放大器才能转换成电压。芯片中已设置了Rfb，只要将此引脚接到运算放大器的输出端即可。若运算放大器增益不够，则需外加反馈电阻。

UREF：参考电压输入。一般此端外接一个精确、稳定的电压基准源，UREF可在-10V～+10V范围内选择。

VCC：电源输入端，一般取+5～+15V。

DGND：数字地，是控制电路中各种数字电路的零电位。

AGND：模拟地，是放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。

(3)DAC0832工作方式

当ILE、同时有效时，输入数据DI7～DI0进入输入寄存器，且在的上升沿实现数据锁存。当同时有效时，输入寄存器的数据进入DAC寄存器，且在的上升沿实现数据锁存。8位D/A转换电路随时将DAC寄存器的数据转换为模拟信号(IOUT1+IOUT2)输出。

DAC0832的使用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型3种工作方式，电路工作原理图如图7-15所示。

①双缓冲方式。DAC0832包含两个数字寄存器：输入寄存器和DAC寄存器，因此称为双缓冲。数据进入倒T形电阻网络之中，必须经过两个独立控制的寄存器。采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数据，提高了转换速度;也可在多个转换器中同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。使用双缓冲工作方式时把两个端接地，ILE接高电平即可，如图7-17(a)所示。

②单缓冲方式。单缓冲方式是在输入数字量送入D/A转换器进行转换的同时，将该数字量锁存在8位输入寄存器中，以保证D/A转换输入稳定，转换正常。这种方式只需执行一次写操作，即可完成D/A转换，提高了D/A的数据吞吐量。该方式适用于不需要多个模拟量同时输出。使用单缓冲工作方式就是让DAC0832的两个输入寄存器中有一个(多位DAC寄存器)处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。接线时将接地，将 两个端子中的一个接地，ILE接高电平即可，如图7-17(b)所示。

③直通方式。在直通方式下，输入寄存器和DAC寄存器处于不锁存状态。输入数字量可以直接送入D/A转换器转换并输出。这种方式适用于输入数字量变化缓慢的场合。使用直通工作方式时只要把端均接地，ILE接高电平即可，如图7-17(c)所示。

图7-17 DAC0832的3种工作方式