D/A转换器的工作原理和应用场景

D/A转换器输入的是数字量，输出的是模拟量。由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，必须将数字量中每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位代码的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量。这就是构成D/A转换器基本思想。

D/A转换器种类很多，下面只介绍目前用得较多的T形电阻网络D/A转换器。图10.21所示为4位DAC的逻辑电路图，它用于对4位二进制数字量进行数/模转换。它由电子开关、T形电阻求和网络、运算放大器和基准电压源等部分组成。

T形电阻网络由R和2R两种阻值的电阻构成。4位数/模转换器T形电阻网络由8个电阻构成，n位数/模转换器由2n个电阻构成。它的输出端接到运算放大器的反相输入端。

运算放大器接成反相比例运算电路，它与T形电阻网络一起构成反相输入加法运算电路，它的输出是模拟电压uo。

T形电阻网络D/A转换器

图10.21　T形电阻网络D/A转换器

UR是由基准电压源提供的，称为参考电压或基准电压。

S0、S1、S2、S3是各位的电子模拟开关，是由电子器件构成的。

D3D2D1D0是输入数字量，是存放在数码寄存器中的4位二进制数，各位数码分别控制相应位的电子模拟开关，当二进制数第k位Dk=1时，开关Sk接到位置1上，即将基准电源UR经第k条支路电阻Rk的电流汇集到运算放大器的反相输入端。当Dk=0时，Sk接到位置0，则相应电流将直接流入地。

下面分析输入数字量和输出模拟电压uo间的关系。分析时注意到这个电阻网络的主要特点是：不论数字量Dk为1或为0，每节电路的输入电阻都为R，所以电路中D、C、B、A各节电位逐节减半，即uD=UR，。因此每节2R支路中的电流也逐位减半。当Dk为1时此电流引入运算放大器的反相输入端；当Dk为0时，此电流直接入地，对运放输出uo无影响。

其他类型的D/A转换器，电路形式各异，但输出模拟电压与输入的数字量的关系基本与上述关系相同。

随着集成电路技术的发展，由于D/A转换器的应用十分广泛，所以制成了各种D/A转换集成电路芯片供选用。按输入的二进制数的位数分类有8位、10位、12位和16位等。集成芯片有多种型号，如DAC0832是8位D/A转换器，它可与Z80、I8085等微处理器芯片直接连用，它的输出要外接运算放大器，模拟电子开关则集成在芯片上。

DAC0832是带有双缓冲的、分辨率为8位的D/A转换器，功耗仅200 mW。图10.22是DAC0832的原理框图，由图可见，它包含两个8位寄存器和一个8位D/A转换器。DAC0832有两种工作方式：

（1）单级缓冲。

输入寄存器处于受控状态，数据寄存器处于直通状态，输入数据先送到输入寄存器，并立即输入D/A转换器完成数/模转换。这种方式一般用于一路D/A转换。

图10.22　DAC0832的原理框图

（1）单级缓冲。(www.xing528.com)

输入寄存器处于受控状态，数据寄存器处于直通状态，输入数据先送到输入寄存器，并立即入D/A转换器完成数/模转换。这种方式一般用于一路D/A转换。

（2）双级缓冲。

两级寄存器均处于受控状态，数字量的输入锁存和D/A转换分两步完成，这种方式一般用于多路D/A的同步转换。因此，DAC0832在运行过程中可以同时保留两组数据，一组是即将转换的数据，保存在D/A转换器中，另一组是下一组数据，保存在输入寄存器中。

图10.23是DAC0832的引脚图，各个引脚功能如下：

Iout1、Iout2：电流（模拟信号）输出端。

D7～D0：数据（数字信号）输入端（D7为最高有效位，D0为最低有效位）。

RF：反馈电阻，用作外接运算放大器的负反馈电阻，与DAC具有相同的温度特性。

UREF ：参考电压输入，可在-10～+10V选择。

UCC：电源电压，可在+5～+15V选择（推荐值+15V）。

AGND：模拟地。

DGND：数字地。：片选信号，低电平有效，CS=0时，本芯片选通，可以运行。

ILE：输入寄存器选通信号，高电平有效。：写信号1，低电平有效。当CS=0、ILE=1、时，输入数据被送入输入寄存器，当时，输入寄存器中的数据被锁存，不能修改其中的内容。：传输控制信号，低电平有效。：写信号2，低电平有效。当XFER=0和WR2=0时，输入寄存器的内容被送入数据寄存器，并进行D/A转换。

图10.23　DAC0832的引脚图

图10.24是DAC0832与单片机8031的单缓冲方式接口电路，和和8031的地址线P27相连，ILE接高电平（+5V），和都由8031的写信号的地址线选通DAC0832后，只要发出信号（即端控制。当8031），就能一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。

图10.24　DAC0832配接单片机的典型电路