多路同步输出DA转换器

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1、多路同步输出 D/A 转换器目录1摘要22功能定义23技术指标34基本原理55方案论证76硬件电路设计97.程序流程设计及关键部分程序设计108结论119参考文献1210附录121. 摘要本文论述了数模转换接口电路设计的要求，影响D/ A转换器 及系统精度的因素,重点阐述了系统设计时选择D/ A转换器必 须考虑的问题。2. 功能定义随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在 现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标， 对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际 对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等） ， 要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首

2、先将 这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输 出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行 机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之 间起桥梁作用的电路 -模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简 称 A/D 转换器或 ADC,Analog to Digital Converter ）；将数字 信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称 D/A 转换 器或 DAC,Digital to Analog Converter ）；A/D 转换器和 D/A 转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路 。本报告中采用的设计是 8051 与3

3、个0831 组成一个三路 同步 D/A 转换输出电路，可以将三组不同的数字信号进行同 步转换输出，再将小信号通过放大器进行放大输出，得到所需要的可以观察的模拟信号。3. 技术指标使用者最关心的几个指标如下（1）分辨率输入给 D/A 转换器的单位数字量变化引起的模拟量输出的 变化，通常定义为输出满刻度值与 2n-1 之比。显然，二进制位数 越多，分辨率越高。（2）转换速度当 D/A 转换器输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不 能立即达到所对应的量值，它需要一段时间。通常用建立时间和 转换速率两个参数来描述D/A转换器的转换速度。建立时间（氏）指输入数字量变化时，输出电压变化到相应 稳定电压值

4、所需要时间。一般用D/A转换器输入的数字量NB从 全0变为全1时，输出电压达到规定的误差范围（LSB/2）时所 需时间表示。D/A转换器的建立时间较快，单片集成D/A转换器 建立时间最短可达01個以内。转换速率（SR）用大信号工作状态下（输入信号由全1到 全 0 或由全 0 到全 1），模拟电压的变化率表示。一般集成 D/A 转换器在不包含外接参考电压源和运算放大器时，转换速率比较 高。实际应用中，要实现快速 D/A 转换不仅要求 D/A 转换器有 较高的转换速率，而且还应选用转换速率较高的集成运算放大 器。(3)转换精度D/A 转换器实际精度与理论上可达到的精度之间存在误差， 则误差的最大值

5、 即为转换精度。转换误差包括比例系数误差、 失调误差和非线性误差。比例系数误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲 线斜率的偏差。如在n位倒T形电阻网络D/A转换器中，当/refREF 偏离标准值匕辱时，就会在输出端产生误差电压。REFU = VREF -气 F D 20 加 R i=0由/REF引起的误差属于比例系数误差。失调误差，由运算放大器的零点漂移引起，其大小与输入数 字量无关，该误差使输出电压的转移特性曲线发生平移 。非线性误差是一种没有一定变化规律的误差，一般用在满刻 度范围内，偏离理想的转移特性的最大值来表示。引起非线性误 差的原因较多，如电路中的各模拟开关不仅存在不同的导通电

6、压 和导通电阻，而且每个开关处于不同位置(接地或接Vref)时， 其开关压降和电阻也不一定相等。又如，在电阻网络中，每个支 路上电阻误差不相同，不同位置上的电阻的误差对输出电压的影 响也不相同等，这些都会导致非线性误差。此外，还需考虑是否带有锁存器、码制、逻辑电平、数据格 式、输出为电流还是电压。经测试，报告中单路 D/A 转换可以达到以下技术指标：(1) 分辨率为 8 位。(2) 最大不可调误差小于土U 。LSB(3) 可锁存三态输出。(4) 输出与TTL兼容。(5) 不必进行零点和满度调整。(6) 转换速率取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围是： 101280kHz。当时钟频率选为500KH

7、Z时，对应的转换时间为 128us 。(8)电流稳定时间为 1us。4. 基本原理D/A (数/模)转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模 拟量。转换过程是先将MCS-51送到D/A转换器的各位二进制数 按其权的大小转换为相应的模拟分量，然后再以叠加方法把各模 拟分量相加，其和就是D/A转换的结果。u =K D 或 i 二K Do u o i其中：K (或K.)表示转换比例，D表示输入的二进制数码 ui设D为n位二进制数码，按权展开，上式表示为u =K (D X 2n-1+D X2n-2+D X21+D X2o)o u n-1n-210或 i =K (D X 2n-1+D X 2n-2+D

8、X 21+D X 2o)o in-1n-21o下图是一个两路同步输出的D/A转换接口电路。8031单片机的P2.5和P2.6分别接之两片D/A转换器的片选端，并控制输入锁存；P2.7连接到两路D/A转换器的/XFER端，并控制同步转 换输出；/WR端与所有的/WR1, /WR2端相连，在执行MOVX 输出指令时，8031单片机自动输出/WR控制信号。本报告的设计采用三路D/A转换接口，必须采用双缓冲方式 实现同步D/A转换输出。具体用DAC0832双缓冲同步方式接口 时，分两步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。首先，0832 单片机的CPU数据总线分时地向各路D/A转换器输送要转换的 数字

9、量，并锁存在各自的输入寄存器中；然后， CPU 对所有的D/A转换器发出控制信号，使各个D/A转换器输入寄存器中的数 据送入DAC寄存器中，实现同步转换输出。5. 方案论证由于应用场合不同，对D/A转换器各项技术特性的要求也有所 侧重。逻辑电平及数码形式;数据输入是串行还是并行;输出需要 电流形式还是电压形式;参考电压类型，固定的，变的，内部的还 是外部的;输出电压是双极性，单极性;数字量接口的特性，对速 度有何要求，期望的数据变化间的最短时间，系统要求数据刷新 后到输出达到所期望的值的时间等。在本文设计的控制系统 中,D/A转换器的分辨率和单调性就比其它特性更为重要。因为高 分辨率的D/A转

10、换器可以为伺服电机提供更平滑的驱动信号，使 其能进行精细的调整;而单调性是防止闭环系统发生振荡的基本 需要。由于工作温度会对运算放大器和加权电阻网络等产生影响 , 所以只有在一定的温度范围内,才能保证精度指标。较好的转换 器工作温度范围在-4085C之间,较差的转换器工作温度范围 在070C之间。应该指出，转换器的线性误差是温度的函数,8 位的0832D/A转换器，在+ 25C时具有0.01%左右的线性误差，即 可保证相应的分辨率,而在别的环境温度下,如其线性误差降到 了 0. 1%左右时，那么它只能达到与6位D/A转换器相应的分辨率。D/A 转换器的输出端一般都接有运算放大器，其作用有两个:

11、 一个是对网络中各支路电流进行求和;另一个是为D/A转换器提 供一个阻抗低、负载能力强的输出。对于一个运算放大器而言, 最重要的特征是电流和电压偏移及其随温度的变化,还要考虑运 算放大器的动态响应及输出电压的摆率。经检测，0832D/A转换 器精确到满量程的0.05% ,其放大器本身的电压输出稳定在满 量程的0.01%以内。要选择合适的 D/A 转换器，就必须先了解有什么样功能形式 的器件， D/A 按解码网络结构不同，可以有下面几种器件。T 型电阻网络 D/A 转换器倒 T 型电阻网络 D/A 转换器权电流 D/A 转换器权电阻网络 D/A 转换器按模拟电子开关电路的不同CMOS 开关型 D

12、/A 转换器（速度要求不高 ）CMOS 开关型 D/A 转换器（速度要求不高） 双极型开关 D/A 转换器 电流开关型（速度要求较高） ECL 电流开关型（转换速度更高）DAC0832 其主要特性为：（1）8 位分辨率（2）电流稳定时间位 1us（3）可双缓冲，单缓冲或直接数据输入（4）只需在满量程下调整线性度（5）单一电源供电（ +5V+15V ）（6）低功率， 20mW综上所述，可选择 DAC0832 作为设计的 D/A 转换器。6. 硬件电路设计多路D/A转换器主要由51单片机，译码器，DA转换器，放 大器等部分组成。（1）单片机系统单片机采用 8051。它是 ROM 型单片机，片内有

13、4KB 的 ROM， 256 字节的 RAM/SFR 以及有 32 个 I/O 口，面向控制的 8 位 CPU 和指令系统，一个全双工串行口，两个 16 位定时/计数器， 5 个 中断源，两个终端优先级的中断结构，一个片内时钟振荡器和时 钟电路，可寻址 64K 字节的程序存储器和 64K 字节的外部数据存 储器。DA转换系统与51单片机的P0 口相连接，传输需要转换 的 8 位二进制数字信号，得到即时的模拟信号；单片机 P2 口与 译码器相连，用于控制各路信号的锁存或转换。（2）数模转换系统数模转换系统用P0 口进行数据通信，以DAC0832转换数字 信号得到模拟信号。这类D/A转换器位20脚

14、，双列直插式封装 结构。 DAC0832 由 8 位输入锁存器， 8 位 DAC 寄存器， 8 位 D/A 转换器及转换控制电路构成。其控制引脚可以与微处理器的控制 线相连，接受微处理器的控制。由于 DAC90832 是电流输出型 D/A 转换器，要获得拟电压输出必须外加转换电路。 DAC0832 芯片共 有 20 条引脚，双列直插式封装。 DAC0832 通过转换得到的模拟 信号微小，也必须通过放大器来得到可观察或者测量的数据。（3）译码器常用的集成二进制译码器有CMOS （如74HC138）和TTL （如 74LS138）的定型产品，两者在逻辑功能上没有区别，只是电性 能参数不同。由于只有

15、三路转换电路，所以只需要2线-4线的 74LS139 译码器就可以了，它的两个独立的的译码器封装在一个 集成芯片中。通过单片机的低两位控制译码器，再通过译码电路 控制三个 DAC0832 的选择。7. 程序流程图及关键部分程序设计1）程序流程图2）关键部分程序设计MOVDPTR ,#0FCFFH;指向 DAC0832(1)MOVA ,#DATA1;DATA1 送入 DAC0832(1)中锁存MOVXDPTR ,A;把数据送到外部指针所指地址MOVDPTR ,#0FDFFH;指向 DAC0832(2)MOVA ,#DATA2;DATA2送入 DAC0832(2)中锁存MOVXDPTR ,A;把数据送到外部指针所指地址MOVDPTR ,#0FEFFH;指向 DAC0832(3)MOVA ,#DATA3;DATA3送入 DAC0832(3)中锁存MOVXDPTR ,A;把数据送到外部指针所指地址MOVDPTR ,#7FFFHMOVXDPTR ,A;三个DAC0832全部同时启动D/A转换8.结论本系统可以按照需要再进行多路扩充，也可