D/A轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介

1、概述

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開(kāi)關(guān)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC，它是把連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號(hào)的器件。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)是一種把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件。

按照二進(jìn)制數(shù)字量的位數(shù)劃分，有8 位、10 位、12 位、16位D/A轉(zhuǎn)換器;按照數(shù)字量的數(shù)碼形式劃分，有二進(jìn)制碼和BCD碼D/A轉(zhuǎn)換器;按照D/A轉(zhuǎn)換器輸出方式劃分，有電流輸出型和電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，如需要模擬電壓輸出，可在其輸出端加一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的I/V轉(zhuǎn)換電路，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器的連接，早期多采用8位數(shù)字量并行傳輸?shù)牟⑿?a target="_blank">接口，現(xiàn)在除并行接口外，帶有串行口的D/A轉(zhuǎn)換器品種也不斷增多。除了通用的UART串行口外，目前較為流行的還有IIC串行口和SPI串行口等。所以在選擇單片D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，要考慮單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器的接口形式。

目前部分單片機(jī)芯片中集成的D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)一般在10位左右，且轉(zhuǎn)換速度很快，所以單片的DAC開(kāi)始向高位數(shù)和高轉(zhuǎn)換速度上轉(zhuǎn)變。低端的產(chǎn)品，如8位的D/A轉(zhuǎn)換器，開(kāi)始面臨被淘汰的危險(xiǎn)，但是在實(shí)驗(yàn)室或涉及某些工業(yè)控制方面的應(yīng)用，低端的8位DAC以其優(yōu)異性價(jià)比還是具有相當(dāng)大的應(yīng)用空間的。

2、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)

(1)分辨率

分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位(LSB)發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量(常為電壓)的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/2n。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于5V的滿量程，采用8位的DAC 時(shí)，分辨率為5V/28=19.5mV;當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/212=1.22mV。顯然，位數(shù)越多，分辨率就越高。即D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化的敏感程度越高。

使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器分辨率的需要來(lái)選定D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。

(2)建立時(shí)間

描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速度。其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤差±(1/2)LSB時(shí)所需的時(shí)間。

電流輸出型DAC的轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，而電壓輸出的轉(zhuǎn)換器，由于要加上完成I-V轉(zhuǎn)換的運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換時(shí)間要長(zhǎng)一些。快速D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間可控制在1ms以下。

(3)轉(zhuǎn)換精度

理想情況下，轉(zhuǎn)換精度與分辨率基本一致，位數(shù)越多精度越高。

但由于電源電壓、基準(zhǔn)電壓、電阻、制造工藝等各種因素存在著誤差。嚴(yán)格講，轉(zhuǎn)換精度與分辨率并不完全一致。只要位數(shù)相同，分辨率則相同，但相同位數(shù)的不同轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度會(huì)有所不同。

例如，某種型號(hào)的8位DAC精度為±0.19%，而另一種型號(hào)的8位DAC精度為±0.05%。

3、(電流輸出型)D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

目前常用的D/A轉(zhuǎn)換器是由T型電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。

I01轉(zhuǎn)換電流與“邏輯開(kāi)關(guān)”為1的各支路電流的總和成正比，即與D0～D7口輸入的二進(jìn)制數(shù)成正比。

轉(zhuǎn)換電壓：

即，轉(zhuǎn)換電壓正比于待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)和參考電壓

當(dāng)輸入數(shù)據(jù)D7～D0 為11111111B 時(shí)，有