集成D/A转换器
 
    数字系统只能处理数字信号。但在工业过程控制、智能化仪器仪表和数字通信等领域，数字系统处理的对象往往是模拟信号。例如，在生产过程控制中对温度、压力、流量等物理量进行控制时，经过传感器获取的电信号都是模拟信号。这些模拟信号必须变换成数字信号才能由数字系统加工、运算。另一方面，数字系统输出的数字信号，有时又必须变换成模拟信号才能去控制执行机构。因此，在实际应用中，必须解决模拟信号与数字信号之间的转换问题。
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    D/A转换器：把数字信号转换成模拟信号的器件称为数/模转换器，简称D/A转换器或DAC(Digital to Ana log Converter)；

    A/D转换器：把模拟信号转换成数字信号的器件称为模/数转换器，简称A/D转换器或AD C(Analog to Digital Converter)。

     一 .D/A转换器的特性和主要参数

     1.转换特性
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    理想的D/A转换器应使输出模拟量与输入数字量成正比。设输入数字量D=Dn-1…D1D0,输出模拟量用A表示,则输出与输入之间的关系为

式中，K为转换比例系数。

    D/A转换的过程是先把输入数字量的每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加，即可得到与数字量成比例的模拟量。

    一个4位D/A转换器的示意框图如图7.38(a)所示,其转换特性曲线如图7.38(b)所示。

图7.38 4位D/A转换器示意框图和转换特性曲线


    2.主要参数
 
    衡量D/A转换器性能的主要参数有分辨率、非线性度、绝对精度和建立时间。

    (1)分辨率

    分辨率是指最小模拟量输出与最大模拟量输出之比。对于一个n位D/A转换器，其分辨率为
分辨率 =

    由于该参数决定于数字量的位数，所以有时也用输入数字量的位数表示，如8位、10位等。

    (2)非线性误差

    具有理想转换特性的D/A转换器，每两个相邻数字量对应的模拟量之差都为ALSB。在满刻度范围内偏离理想转换特性的最大值，称为非线性误差。

    (3)绝对精度

     绝对精度是指在输入端加对应满刻度数字量时,输出实际值与理想值之差.一般该值应低于1/2ALSB。

   (4)建立时间

    建立时间是指从送入数字信号起，到输出模拟量达到稳定值止所需要的时间。它反映了电路的转换速度。

     二 .D/A转换器的类型

    目前，集成D/A转换器有很多类型和不同的分类方法。从电路结构来看，各类集成D/A转换器至少都包括电阻网络和电子开关两个基本组成部分。

     1.按网络结构分类
    根据电阻网络结构的不同，D/A转换器可分成权电阻网络D/A转换器、R-2R正梯形电阻网络D/A转换器和R-2R倒梯形电阻网络D/A转换器等几类。
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     2.按电子开关分类

    根据电子开关的不同，可分成CMOS电子开关D/A转换器和双极型电子开关D/A转换器。双极型电子开关比CMOS电子开关的开关速度高。

     3.按输出模拟信号的类型分类

    根据输出模拟信号的类型，D/A转换器可分为电流型和电压型两种。常用的D/A转换器大部分是电流型，当需要将模拟电流转换成模拟电压时，通常在输出端外加运算放大器。

    随着集成电路技术的发展，D/A转换器在电路结构、性能等方面都有很大变化。从只能实现数字量到模拟电流转换的D/A转换器，发展到能与微处理器完全兼容、具有输入数据锁存功能的D/A转换器，进一步又出现了带有参考电压源和输出放大器的D/A转换器,大大提高了D/A转换器综合性能。
    常用的D/A转换器有8位、10位、12位、16位等种类，每种又有不同的型号。

     三.典型芯片-----集成D/A转换器DAC0832

    DAC0832是用CMOS工艺制作的8位D/A转换器，采用20引脚双列直插式封装。

     1.主要性能

    分辨率：8位
    转换时间：1μs
    缓冲能力：双缓冲
    输出信号类型：电流型

     2．结构框图和管脚排列图

    该芯片的内部结构框图和管脚排列图分别如图7.39(a)、(b)所示。

图7.39 DAC0832的结构框图和管脚排列图
 
    (1)内部结构 

    DAC0832内部包括两个8位数据缓冲寄存器，1个由T型电阻网络和电子开关构成的8位D/A转 换器和3个控制逻辑门。两个8位寄存器均带有使能控制端EN，当EN=1(高电平)时，寄存器输出跟随输入数据变化；当EN=0(低电平)时，输入数据被锁存到寄存器中，寄存器输出不再受输入数据变化的影响。

    (2)引脚功能

    DAC0832共有20条引脚，功能如下。
    D7～D0：数字信号输入端，D7为最高位，D0为最低位。
  CS 、ILE 、WR1 、WR2 、XFER：控制信号输入端。
    UR：参考电压输入端，电压值可在+10V～-10V范围内选择。
    UCC：电源电压输入端，电压值可在+5V～+15V范围内选择，最佳工作状态为+15V。
    IOUT1、IOUT2：电流输出端，因芯片内部不包含运算放大器，所以，IOUT1和IOUT2应分别和外接运算放大器的反相输入端和同相输入端相连接。 
    Rfb：反馈电阻引出端，因Rfb与IOUT1间有内部反馈电阻，故运算放大器的输出端可直接接到Rfb端。
    AGND：模拟信号接地端。
    DGND：数字信号接地端。
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    3.工作方式
    该芯片在CS(片选)、ILE(允许输入锁存)、WR1(写入1)、WR2(写入2)、XFER(传递控制)五个控制信号(除ILE是高电平有效外，其余均为低电平有效)的不同组合下，可构成三种不同工作方式。
    五个控制信号分成两组，第一组由CS 、ILE和WR1组合,控制输入寄存器,实现输入数据的第一级缓冲；第二组由CS 、WR2和XFER组合,控制DAC寄存器，实现数据的第二级缓冲。D/A转换器产生的模拟量输出由DAC寄存器输出的数字量决定。具体功能实现时对控制信号的要求如表7.13所示。
表7.13 DAC0832芯片对控制信号的要求
  功      能           控   制   条   件      说    明
   CS   ILE   WR1   XFER   WR2
数据D7～D0锁存到输入寄存器    0    1   　 　 WR1=0接收数据
WR1=1锁定   
数据由输入寄存器转存到DAC寄存器 　 　 　    0   WR2=0接收数据
WR2=1锁定
从输出端取模拟量 　 　 　 　 　 不受控制,随时可取

    通过对控制信号输入端作不同的连接，可使DAC0832工作在3种不同工作方式。

    ① 双缓冲方式:输入数字量进行两级缓冲。首先在CS 、ILE和WR1控制下，将输入数据锁存到输入寄存器，然后在WR2和XFER控制下将输入寄存器中的数据锁存到DAC寄存器。当数据从输入寄存器转存到DAC寄存器后，在D/A转换器进行数模转换的同时，输入寄存器可以接收新的数据而不影响模拟量输出。

    ② 单缓冲方式:输入数字量只进行一级缓冲。具体实现时可令两个寄存器中的一个处于受控状态，另一个处于直通状态。例如，将CS 、ILE和WR1接相应控制信号，而将WR2和XFER接地，这时输入寄存器在控制信号作用下实现对输入数据的锁存，而DAC寄存器则由于EN始终为高电平1，处在直通状态，即输出随输入变化而变化。显然，此时输入寄存器的输出直接施加到了D/A转换器的输入端。同样，也可令输入寄存器处在直通状态，而DAC寄存器处于受控状态，从而实现了对输入数据的一级缓冲。

    ③ 直通方式:输入数字量不进行缓冲，直接作用到D/A转换器上。此时可令两个寄存器均处于直通状态，即除ILE接高电平1外，其余4个控制信号均接低电平0。
    由此可见，DAC0832的电路结构使之在应用时非常灵活方便。

    4.应用
    DAC0832在应用方面具有较大的灵活性，图7.40是用DAC0832构成单缓冲D/A转换器的典型接 线图。　

图7.40 单缓冲方式D/A转换器接线图

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