多路同步输出DA转换器.docx

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⑴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代河）指输入数字量变化时，输出电压变化到相应 稳定电压值所需要时间一般用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0.1您以内转换速率（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。

⑶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 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REF 偏离标准值△*¥时，就会在输出端产生误差电压 广羞-R f D 2’由△匕EF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±Ulsb。

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： 10~1280kHz当时钟频率选为500KHZ时，对应的转换时间为 128us8 )电流稳定时间为1us4. 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* 或 io=K. - D其中：Ku (或K,表示转换比例，D表示输入的二进制数码 设D为门位二进制数码，按权展开，上式表示为u =K ・(D X2n-1+D X2n-2++D X21+D X2) o u ' n-1 n-2 1 0 '或 i =K • (D X2n-1+D X2n-2++D X21+D X20)o i ' n-1 n-2 1 0 '，广一穿・¥§皿•九］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/可日控制信号。

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-40〜85°C之间,较差的转换器工作温度范围 在0〜70C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： 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/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，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MOVX@DPTR ,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MOVX@DPTR ,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MOVX@DPTR ,A;把数据送到外部指针所指地址MOVDPTR ,#7FFFHMOVX@DPTR ,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，也可在运放后接上系 统进行数据测量或控制。

该系统性能稳定，体积小，技术指标达 到要求，可靠性高，程序设计简单，是一个易用，方便生产的市 场产品通过本次电子系统设计，我加强了 Protel的使用，强化了操 作，例如，熟悉了原理图与pcb板的绘制，对制备元件库更为熟 练等在设计过程中，我。