单片机 D/A 转换器接口：关键概念深度剖析

在电子技术领域，单片机 D/A 转换器接口是一个至关重要的部分。D/A 转换器的输入为数字量，经转换后输出为模拟量。有关 D/A 转换器的技术性能指标众多，如精度、相对精度、线性度、输出电压范围、输入数字代码种类等等。下面我们将对几个与接口有关的指标作详细介绍。

一、D/A 转换器的性能指标

1. 分辨率：分辨率是 D/A 转换器对输入量变化敏感程度的描述，它与输入数字量的位数密切相关。如果数字量的位数为 n，则 D/A 转换器的分辨率为 2??。分辨率越高，意味着 D/A 转换器能够更地分辨输入数字量的微小变化，从而输出更细腻的模拟量。例如，一个 8 位的 D/A 转换器，其分辨率为 2?? = 1/256，而一个 12 位的 D/A 转换器，分辨率则为 2?12 = 1/4096，显然 12 位的 D/A 转换器分辨率更高，能实现更精准的模拟量输出。
2. 建立时间：建立时间是描述 D/A 转换速度的一个重要参数，具体是指从输入数字量变化到输出达到终值误差 ±1/2LSB（有效位）时所需的时间。通常以建立时间来表明转换速度，建立时间越短，转换速度越快。在一些对实时性要求较高的应用场景中，如高速数据采集与处理系统，需要选择建立时间短的 D/A 转换器，以确保能够及时准确地完成数字量到模拟量的转换。
3. 接口形式：D/A 转换器主要分为两类，一类不带锁存器，另一类则带锁存器。对于不带锁存器的 D/A 转换器，为了保存单片机的转换数据，在接口处需要额外添加锁存器。这是因为单片机输出的数字量可能会快速变化，如果没有锁存器，D/A 转换器可能无法及时处理这些变化的数据，导致输出的模拟量不准确。而带锁存器的 D/A 转换器则可以在一定程度上避免这个问题，提高数据处理的稳定性。

二、典型 D/A 转换器 DAC0832 简介

DAC0832 是一款 8 位电流输出型 D/A 转换器，具有单电源供电的特点，在 + 5~+15V 范围内均可正常工作。其基准电压的范围为 ±10 V ， 电流建立时间为 1 μs ，采用 CMOS 工艺，具有低功耗 20 mW 的优点。

图 1 DAC0832 内部结构框图

该转换器由输入寄存器和 DAC 寄存器构成两级数据输入锁存。在使用时，数据输入可以采用两级锁存（双缓冲）形式、单级锁存（单缓冲）形式，也可采用直接输入（直通）形式。由 3 个与门电路组成寄存器输出控制电路，可直接进行数据锁存控制：当 LE = 0 时，输入数据被锁存；当 LE = 1 时，数据不锁存，锁存器的输出跟随输入变化。

DAC0832 为电流输出形式，其两个输出端的关系为 IOUT1 + IOUT2 = 常数。为了得到电压输出，可在电流输出端接一个运算放大器，如图 2 所示。需要指出的是，DAC0832 内部已有反馈电阻，其阻值为 15kΩ。

图 2 DAC0832 引脚图

DAC0832 转换器芯片为 20 脚双列直插式封装，各引脚的功能如下：

• DI7 ~ DI0：转换数据输入端，用于接收单片机输出的数字量。
• CS：片选信号，输入，低电平有效，用于选择该 DAC0832 芯片。
• ILE ：数据锁存允许信号，输入，高电平有效，控制数据是否可以锁存。
• WR1 、WR2：写信号 1 和 2 ，输入，低电平有效，用于控制数据的写入操作。
  

  

  
  图 3 DAC0832 的引脚图
• XFER：数据传输控制信号，输入，低电平有效，用于控制数据从输入寄存器传输到 DAC 寄存器。
• IOUT1：电流输出 1 ，当 DAC 寄存器中各位全为 “1” 时 ，电流；为全 “0” 时 ，电流为 0 。
• IOUT2：电流输出 2 ，电路中保证 IOUT1 + IOUT2 = 常数。
• Rfb ：反馈电阻端，片内集成电阻为 15kΩ，用于与外接运算放大器配合实现电压输出。
• VREF ：参考电压，可正可负，范围为 - 10~ + 10V ，为 D/A 转换提供参考电压。
• DGND：数字量地，为数字电路部分提供接地参考。
• AGND：模拟量地，为模拟电路部分提供接地参考。

三、DAC0832 与 MCS - 51 的接口及应用

DAC0832 与 8031 有两种基本的接口方式：单缓冲方式和双缓冲方式。

1. 单缓冲方式：单缓冲方式接口电路如图 4 所示。让 ILE 接 + 5V，CS 和 XFER 与地址选择线 P2.7 相连接。当地址选择线选通 DAC0832 后，只要输出 WR 信号，DAC0832 就能一步完成数字量的输入锁存和 D/A 的转换输出。执行下面的几条指令就能完成 D/A 转换。
   

   

   
   图 4 DAC0832 单缓冲方式接口电路
   

   

2. 双缓冲方式：对于多路 D/A 转换接口，要求同步进行 D/A 转换输出时，必须采用双缓冲方式。DAC0832 数字量输入锁存和 D/A 转换输出是分两步完成的，即 CPU 的数据总线分时输入数字量并锁存在各 D/A 转换器的输入寄存器中，然后 CPU 对所有 D/A 转换器发出控制信号，使各输入寄存器中的数据输入相应的 DAC 寄存器，实现同步转换输出。图 5 是一个两路同步输出的 D/A 转换接口电路。执行下面的指令，能完成两路 D/A 的同步转换输出。
   

   

   
   图 5 DAC0832 双缓冲方式接口电路
   

   

D/A 转换器可以应用在许多场合，这里介绍用 D/A 转换器产生阶梯波。阶梯波是在一定的时间范围内每隔一段时间，输出幅度递增一个恒定值。在图 6 中，每隔 1ms 输出幅度增长一个定值，经 10ms 后重新循环。用 DAC0832 在单缓冲方式下就可输出这样的波形（接口电路见图 6）。

图 6 产生阶梯波的接口电路

产生阶梯波的程序如下：