20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
UCC LCE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1 Iout2
UR
Rfb
DGND
DAC 0832 管脚分布图
DAC0832内部结构及引脚
DI7～DI0 VREF
输入 锁存器 DAC 寄存器 D/A 转换器
IOUT2 IOUT1
图7-18 一个典型的过程控制系统示意图
11.1.2 D/A转换器的工作原理
D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与其成比例的模拟量。D/A 转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要形式有两种：一种是权电阻 解码网络，另一种是T型电阻网络。
1、权电阻解码网络D/A转换原理
基本思想是:先把每一位数字代码根据其权值转换成相应的模拟分量， 然后将各模拟分量相加，得到的总和就是与数字量对应的模拟量。 一个二进制数的每一位的权值，产生一个与二进制数的权成正比的电 压，只要将代表每一个二进制位权的电压叠加起来就等于该二进制数所对 应的模拟电压信号。如图7-19所示是一个输入4位二进制数的D/A转换电 路，Vr是基准电压，D0～D3是4位 二进制数，控制4位切换开关，开关 分别接4个加权电阻，权电阻值分别 按8：4：2：1比例分配。权电阻解 码网络的输出接至运算放大器的反 相输入端，Rf为反馈电阻。运算放 大器用以放大模拟电压信号。
3、影响精度的误差 失调误差（零位误差）定义为：当数值量输入全为“0”时， 输出电压却不为0V。该电压值称为失调电压，该值越大，误差 越大。增益误差定义为：实际转换增益与理想增益之误差。线 性误差定义：它是描述D/A转换线性度的参数，定义为实际输出 电压与理想输出电压之误差，一般用百分数表示。 4、转换速度 D/A转换速度是指从二进制数输入到模拟量输出的时间，时 间越短速度越快，一般几十到几百微妙。 5、输出电平范围 输出电平范围是指当D/A转换器可输出的最低电压与可输出 的最高电压的电压差值。常用的D/A转换器的输出范围是0～＋5 V，0～＋10 V，－2.5～＋2.5 V，－5～＋5 V，－10～＋10 V 等。
一个典型的单片机过程控制系统示意图如图7-18所示。各部 分的作用如下：
(1)传感器：将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟 电压或电流）。常用的传感器有： (2)放大器：把传感器输出的信号放大到ADC的量程范围。 (3)低通滤波器：用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比。 (4)多路开关：把多个现场信号分时地接通到A/D转换。 (5)采样保持器：周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持 不变。
11.2 D/A转换芯片DAC0832
D/A接口芯片种类很多，有通用型、高速型、高精度型等， 转换位数有8位、12位、16位等，输出模拟信号有电流输出 型（如DAC0832、AD7522等）和电压输出型（如AD558、 AD7224等），在应用中可根据实际需要进行选择。 DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位电流输出型D/A转 换器，分辨率为8位，建立时间为1 μs，功耗为20 mW，数 字输入电平为TTL电平。 11.2.1、DAC0832芯片 DAC0832是8位电流型D/A转换器，20引脚双列直插式封 装，其结构框图及引脚如下图所示。
第11章 常用外围接口芯片
测控系统是单片机应用的重要领域。在测控系统中，除数字量 之外还会遇到另一种物理量，即模拟量。例如：温度、速度、 电压、电流、压力等，它们都是连续变化的物理量。 单片机系统中凡是遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量 向数字量、数字量向模拟量的转换，也就要涉及到单片机的数/ 模(D/A)和模/数(A/D)转换的接口技术。 A/D转换器的作用是将模拟的电信号转换成数字信号。在 将物理量转换成数字量之前，必须先将物理量转换成电模拟量 ，这种转换是靠传感器完成的。传感器的种类繁多，如温度传 感器，压力传感器、光传感器、气敏传感器等。 DAC、ADC示意图 D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。 模拟量——连续变化的物理量。 数字量——时间和数值上都离散的量。 ADC、DAC相互转换如图所示。
2、DAC0832的工作过程
DAC0832的工作过程是： (1) 单片机执行输出指令（MOVX），输出8位数据给DAC0832； (2) 在单片机执行输出指令（MOVX）的同时，使ILE、WR1、CS 三个控制信号端都有效，8位数据锁存在8位输入寄存器中； (3) 当WR2、XFER二个控制信号端都有效时，8位数据再次被锁存 到8位DAC寄存器，这时8位D/A转换器开始工作，8位数据转换为相对 应的模拟电流，从IOUT1和IOUT2输出。
③ 其它引线 Vref：参考电压输入端，要求外部提供精密基准电压，Vref一般在 －10～＋10 V之间。VCC:芯片工作电源电压，一般为＋5～＋15 V。 AGND：模拟地。 DGND：数字地。 注意：模拟地要连接模拟电路的公共地，数字地要连接数字电路 的公共地，最后把它们汇接为一点接到总电源的地线上。为避免模拟 信号与数字பைடு நூலகம்号互相干扰，两种不同的地线不可交叉混接。
VCC D7
. . . . . .
11.1.4、T型电阻网络 T型网络如图7-20所示。
图7-20 T型R-2R型电阻网络
该网络的特点：
（1）只有 R 和 2R 两种电阻； （2）各节点向左和向上看的等效电阻均为2R； （3）整个网络的等效电阻为R； 各支路的电流为： In-1=I/21=Vref/R×21 In-2=I/22=Vref/R×22 …… I0 = I/2n=Vref/R×2n （4）输入数字量 Di控制模拟开关 Si ： 当 Di 为0时，开关Si接地，支电流 Ii 流向地； 当 Di 为1时，开关Si接运放，支电流 Ii 流向运放。 （5）流入运放的电流 I∑ 为各支电流之和 I∑=Dn-1 × In-1 + Dn-2 × In-2 + + D1 × I1 + D0 × I0 =(Dn-1×2n-1+ Dn-2n-2+ +D0×20) ×Vref/2nR =D×Vref/2nR V0= -I∑ ×Rf=-D×Vref×Rf/2nR 可见，V0的数值不仅与输入的二进制数有关，还与反馈电阻Rf及基准 电压Vref有关。
图7-19 权电阻解码网络D/A转换电路
D/A转换过程如下：位切换开关受被转换的二进制数D0～D3控制。当 二进制数的某位为“1”时，位切换开关闭合，基准电压加在相应的权电阻 上，由此产生与之对应的电流输入运算放大器，这个电流称为权电流。此 时运算放大器输出电压就是这些输入的、与二进制权对应的权电流作用的 结果。如D3=1，就会产生一个电流I8=Vr/R。相应的，D2=1会产生电流 I4=Vr/2R=I8/2；D1=1产生电流I2=Vr/4R= I8/4；D0=1产生电流I4=Vr/8R= I8/8。因此输入运算放大器的总电流为： I=I8+I4+I2+I1 =I8(D3/20+ D2/21+ D1/22+ D0/23 ) =VR/23R(D3*23+D2*22+D1*21+D0*20) 上式表明送入运算放大器的电流是各位二进制位对应的权之和，其中， Vr/23R可看成一个比例系数，该式完成了二进制数变为模拟量的转换。通 过运算放大器的反馈电阻RF把权电流转换为电压量，就可以完成二进制量 变为模拟量。转换后的模拟电压为： VO=-RF*I=-VRRF/23R(D3*23+D2*22+D1*21+D0*20) 不同的D/A转换器有不同的权电阻网络。当二进制位数比较多时，该方 法精度受影响。
ILE & CS & WR1
LE1 &
LE2 Rfb
AGND
VCC WR2 XFER
13
1）组成 结构框图如图7-21(a)所示。它是由一个8位的输入寄存器、一 个8位的DAC寄存器和一个8位D/A转换器以及控制电路组成。 输入寄存器和DAC寄存器可以分别控制，从而可以根据需要 接成两级输入锁存的双缓冲方式，一级输入锁存的单缓冲方式， 或接成完全直通的无缓冲方式。 2）各引脚的功能 DAC0832是有20个引脚的双列直插式芯片，其引脚排列如上 页所示。20个引脚中包括与单片机连接的信号线，与外设连接的 信号线以及其它引线。 ①与单片机相连的信号线 D7～D0：8位数据输入线，用于数字量输入。 ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。 CS：片选信号，低电平有效，与ILE结合决定WR1是否有效。
11.2.1 DAC0832的结构原理
DAC0832
CS
WR1 AGND DI3 DI2 DI1 DI0
RFB DGND
VREF
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
VCC ILE WR 2 XFER DI4 DI5 DI6 DI7 IOUT2 IOUT1
2、转换精度
在理想情况下，精度和分辨率基本一致，位数越多，精 度越高。但由于电源电压、参考电压、电阻等各种因素存 在着误差，严格来讲精度和分辨率并不完全一致，只要位 数相同，分辨率相同，但相同位数的不同转换器精度会有 所不同。 D/A转换精度指模拟输出实际值与理想输出值之间的误差。 包括非线性误差、比例系数误差、漂移误差等项误差。用 于衡量D/A转换器将数字量转换成模拟量时，所得 模拟量的精确程度。 注意：精度与分辨率是两个不同的参数。精度取决于 D/A转换器各个部件的制作误差，而分辨率取决于D/A转 换器的位数。
11.1.5
D/A转换器的主要技术指标
1、分辨率 分辨率是指D/A转换器可输出的模拟量的最小变化量，也就是最 小输出电压(输入的数字量只有D0=1)与最大输出电压(输入的数字量 所有位都等于1)之比。也通常定义刻度值与2n之比（n为二进制位 数）。二进制位数越多，分辨率越高。例如，若满量程为5V，根据 分辨率定义，则分辨率为5v/2n 。设8位D/A转换，即n=8，分辨率 为5v/28 ≈19.53mv，即二进制变化一位可引起模拟电压变化 19.53mv，该值占满量程的0.195%,常用1LSB表示。 同理： 10位D/A转换 1LSB=5000mv/210 =4.88mv=0.098%满量程 12位D/A转换 1LSB=5000mv/212 =1.22mv=0.024%满量程 16位D/A转换 1LSB=5000mv/216 =0.076mv=0.0015%满量程 分辨率有两种表示： (2) D/A 转换器的位数表示 (1) 可直接用 常用相对值（百分值）表示 如： 8 位D/A 转换器的分辨率为 8n 位。 分辨率 =△ / 满量程 = △ / (2 × △ ) = 1/2n 10 位D/A转换器的分辨率为10位。