数模转换电路设计与实现

数/模(D/A)转换电路设计与实现一.基本要求输入范围：00H~0FFH安装：独立电路板结构对应输出：-10V~+10V响应时间：1ms误差：1%FSR电源供电：+5V，±12V二.数/模D/A电路选择1.D/A---数字量→模拟量转换电路数字量DATA模拟量VD/A转换器01101100，10110001，…1.12V，2.68V，…转换控制模拟量数字量转换控制2.常用D/A电路的特点⑴基本原理电流开关型：用数字切换电流开关，产生与电阻网络权电流对应的电流“和”；⑵输出方式与数字量成比例的电流输出/与数字量成比例的电压输出/数字量和参考电压的相乘输出；脉宽调制型：将数字转换为输出脉冲宽度，用积分器将脉冲宽度转换为与之对应的电压输出；⑶DAC08328位乘算型电流输出的典型产品，具有MCU兼容接口，使用方便，价格低，能满足设计要求。三.8位D/A转换器DAC0832的接口设计1.DAC0832工作原理及特性·工作原理恒流源VrefD1D2D5D6D7RVIref12I22I32I42I52I62I72I82I82IIout1vIout2RfbWRRfb=RD4D51678127222120IDIDIDIDIout72108272221202DDDDIDATAI82DATARVref82输出为电流，量值正比于DATA。最大电流输出最小电流变化128I1222552888II（1个最低有效位LSB的变化）+12-12·电流→电压转换电路单极输出转换电路（输出电压为单一极性）Rfb=RIout1Iout2DATARVDATAIIrefout88122DATAVVrefout812例如：V.DATAVVrefout5252228781VVref5HDATA80+12-12双极输出转换电路（输出电压可以为正或负极性）V~VVrefi01refiVV2outVRRR2refoutVVvvttt2refoutVV02iV01iV2refV2refV+12-12+12-12完整双极输出电流→电压转换电路Rfb=RIout1Iout2RRR2V~Vref0refV22refrefV~VD1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7D8Q8LED1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7D8Q8LE2.DAC0832引脚功能及与8051单片机接口设计D0D1D2D3D4D5D6D7ILEVrefIout1Iout2RfbAGNDDGNDVCCSC1WR2WRXFER·引脚功能Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17+5+5+5Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17+5+5+5·单缓冲接口设计3CWRD1D2D3D4D5D6DAC0832outV3CWRAQBQ0P70D~DABQQ0APQLE采样锁存D1D7D03.DAC0832的主要技术指标·分辨率---8位·误差---0.2%FSR·电流稳定时间---1微秒表示单位数字量（1LSB）引起的输出模拟量变化的细微程度（或最小变化值），二进制数字量位数越多分辨率越高。从数据写入D/A到输出电流达到相应数值的时间实测输出电流值与理论计算电流值之间的差值用满量程（FSR）值的百分数表示4.芯片参数•电源电压（最大）：+17V推荐用+5V•参考电压范围：±25V按要求使用+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND数/模转换电路四.安装结构+5V+5V数模转换输出-12V-12V+12V+12VGNDGND五.使用集成调试环境调试D/A电路模块1.调试系统组成单片机仿真器单片机板单片机仿真头电源板数/模转换板仿真器电源插头PC机通信电缆插头数\模数据显示窗口2.调试环境调试方法：断开电路负载，运行测试程序，检查各节点信号是否正确。如果有问题，按照故障诊断预案进行诊断分析，并且排除故障。测试设备：单片机仿真器调试平台：电子工程设计训练调试台单片机应用系统板40MHz双踪示波器数/模转换电路板3.汇编语言调试程序MOVDPTR,#4000HABC:MOVX@DPTR,AINCACALLDELAYJMPABCDELAY:MOVR7,#01HJJJ:MOVR6,#20HDJNZR6,$DJNZR7,JJJRETEND4.C语言调试程序#includereg51.h#includeabsacc.h#defineC3XBYTE[0x4000]#defineTIMER0x8000voiddelay(void);voidmain(void){unsignedcharx;while(1){++x;C3=x;delay();}}voiddelay(void){inti;for(i=0;iTIMER;++i);}5.D/A电路模块调试方法·运行D/A测试程序数/模数据显示窗口将有相应数据显示数据为从00—FF顺序递增并不断循环的数值+12-12Rfb=RIout1Iout2DATAVVrefout8120001020304FCFDFEFF00011outVDATAWR·运行D/A测试程序第一级运放正常输出信号波形+12-12+12-12Rfb=RIout1Iout2R4RR2V~Vref0refVrefrefV2V2~refVttrefV2refV21outV1outV·D/A电路各主要节点正常输出信号波形·根据第二级运放输出信号波形判断故障原因1outV1outV1outV1outV1outV第二级运放增益低平移电路未工作运放漏接一组电源D/A数据线连接有误平移电路参数有误refV2refV2refV2refV2refV2refV2refV2refV2refV2refV2·部分节点无信号或全部节点无信号的故障原因第二级运放无信号输出：连线有误或运放损坏二级运放皆无信号输出：连线有误或未接电源或运放损坏或D/A电路故障·D/A电路故障辨别+12-12Rfb=RIout1Iout2t1outV断开第一级运放输出与Rfb的连线，测量Iout1引脚有锯齿波输出为运放损坏，否则为D/A电路故障。6.D/A电路故障检测方法MOVDPTR,#4000HABC:MOVX@DPTR,AINCA；CALLDELAYJMPABCDELAY:MOVR7,#01HJJJ:MOVR6,#20HDJNZR6,$DJNZR7,JJJRETEND·修改D/A测试程序，缩短循环时间（汇编程序）#includereg51.h#includeabsacc.h#defineC3XBYTE[0x4000]#defineTIMER0x8000voiddelay(void);voidmain(void){unsignedcharx;while(1){++x;C3=x;/*delay();*/}}voiddelay(void){inti;for(i=0;iTIMER;++i);}（C程序）Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17+5+5+53CWRD0D1D2D4D5D6D789C51·指令“MOVX@DPTR,A”产生控制信号tt3CWR运行修改后的测试程序，有信号，D/A芯片其他引脚连接有误；否则检查信号产生电路。3CWR3CWRD3·正常的D/A故障检测3CWRD1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7D8Q8LED1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7D8Q8LE4567131415161718191220310891112LE1LE2D0D1D2D3D4D5D6D7ILECS1WR2WRXFERVrefIout1Iout2RfbAGNDDGNDVCC---数据线（全部）漏接---参考源Vref漏接---电源Vcc或数字地GND或模拟地AGND漏接---锁存器控制逻辑有误使用第1级锁存器0WR2XFERILE=1,,C3CSWR1WRLE2=1,使用第2级锁存器0WR1CSILE=1,,C3XFERWR2WRLE1=1,---DAC0832损坏·不正常的D/A故障检测3CWR脉冲信号占空比不正常：接反3CWR没有信号：检查左插座相应引脚有信号---左插座到芯片引脚引线漏接或错接为其它信号无信号---检查单片机板相应电路3CWR+5+5GNDGNDC1C2C3C4A1A2A3A4P3.2RSTALEWDRDD0D1D2D3D4D5D6D7P3.4VCCEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U189C51C1C2C3C4D0D1D2D4D3D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A15911131517192118202224A1A2A3A4101214167A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138WR6·单片机板电路检测检测WR单片机引脚有信号，左插座相应引脚无信号，连线漏接；否则，调试台内部断路。WR单片机引脚无信号，程序未运行或仿真器模拟仿真或仿真器损坏。WR3C检测（译码电路检测）VCCEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U189C51C1C2C3C4D0D1D2D4D3D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A15911131517192118202224A1A2A3A4101214167A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138WR674LS138引脚有信号，左插座相应引脚无信号，连线漏接；否则，调试台内部断路。Y274LS138引脚无信号，查E1、E2、E3连接是否正确。Y2E1=0，E2=0，E3=1译码电路输出检测译码电路输入检测tWRCBAC1C2C30000110000H……1FFFH0011012000H……3FFFH0101104000H……5FFFH地址范围A15A14A13Y0Y1Y2A15A14A13ttt地址信号正常，74LS138电源漏接或74LS138损坏。地址信号不正常，单片机地址信号正常，连线漏接。否则，程序未运行或写地址错误或仿真器模拟仿真或仿真器损坏。