并行数模转换设计报告(DAC0832芯片)DA设计报告

并行数模转换设计报告（DAC0832芯片）
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1. 设计任务 (1)
2.设计方案 (2)
2.1 DAC0832工作模式选择……………
2.2 输出级放大器确定参数确定………
3.电路测试及结果分析 (19)
4.参考文献 (20)
5.附录 (21)
1. 设计任务：
用ATmega128单片机及DA0832芯片设计一个能产生正弦波的电路。

2. 设计方案
2.1 DAC0832工作模式选择
2.1.1 DAC0832芯片引脚介绍
DAC0832主要性能参数：
①分辨率8位；
②转换时间1μs;
③参考电压±10V；
④单电源+5V+15v；
⑤功耗20mW。

D/A转换器品种繁多，有权电阻DAC、变形权电阻DAC、T型电阻DAC、电容型DAC和权电流DAC等。

其中DAC0832是双列直插式8位D/A转换器。

能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。

逻辑电平输入与TTL兼容，共20引脚。

如下图所示：
D0～D7：数字信号输入端。

ILE：输入寄存器允许，高电平有效。

CS：片选信号，低电平有效。

WR1：写信号1，低电平有效。

XFER：传送控制信号，低电平有效。

WR2：写信号2，低电平有效。

IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。

Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。

Vref：基准电压（-10~10V）。

Vcc：是源电压（+5~+15V）。

AGND：模拟地NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。

DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。

2.1.2 DAC0832的结构
DAC0832的内部结构如图10.9所示。

DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号XFER。

因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。

此外，两级锁存器
还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。

2.1.2 DAC0832 工作原理
DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。

它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。

运算放大器输出的模拟量V0为：
由上式可见，输出的模拟量与输入的数字量（）成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。

一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。

输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。

图4-83是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。

图4-83
在DAC电路结构中，最简单而实用的是采用T型电阻网络来代替单一的权电阻网络，整个电阻网络只需要R和2R两种电阻。

在集成电路中，由于所有的组件都做在同一芯片上，电阻的特性可以做得很相近，而且精度与误差问题也可以得到解决。

图10.8是采用T型电阻网络的4位D/A转换器。

4位元待转换资料分别控制4条支路中开关的倒向。

在每一条支路中，如果（资料为
0）开头倒向左边，支路中的电阻就接到地；如果（资料为1）开关倒向右边，电阻就接到虚地。

所以，不管开关倒向哪一边，都可以认为是接“地”。

不过，只有开关倒向右边时，才能给运算放大器输入端提供电流。

T型电阻网络中，节点A的左边为两个2R的电阻并联，它们的等效电阻为R，节点B的左边也是两个2R的电阻并联，它们的等效电阻也是R，…，依次类推，最后在D点等效于一个数值为R的电阻接在参考电压V REF上。

这样，就很容易算出，C点、B点、A点的电位分别为-V REF/2，-V REF/4，-V REF/8。

在清楚了电阻网络的特点和各节点的电压之后，再来分析一下各支路的电流值。

开关S3，S2，S1，S0分别代表对应的1位二进制数。

任一资料位D i=1，表示开关S i倒向右边；D i=0，表示开关S i倒向左边，接虚地，无电流。

当右边第一条支路的开关S3倒向右边时，运算放大器得到的输入电流为-V REF/（2R），同理，开关S2，S1，S0倒向右边时，输入电流分别为-V REF/（4R），-V REF/（8R），-V REF/（16R）。

如果一个二进制数据为1111，运算放大器的输入电流
I=-V REF/（2R）-V REF/（4R）-V REF/（8R）-V REF/（16R）
=-V REF/（2R）（20+2-1+2-2+2-3）
=-V REF/（24R）（23+22+21+20）
相应的输出电压
V0=IR0=-V REF R0（24R）（23+22+21+20）
将资料推广到n位，输出模拟量与输入数字量之间关系的一般表达式为：
V0=-V REF R0/（2n R）（D n-12n-1+D n-2 2n-2+…+D121+D020）(D i=1或0)
上式表明，输出电压V0除了和待转换的二进制数成比例外，还和网络电阻R、运算放大器反馈电阻R0、标准参考电压VREF有关。

LE为高电平、CS和1
WR为低电平时，1LE为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当1
WR由低变高时，1LE为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。

对第二级锁存器来说，XFER和2
WR同时为低电平时，2LE为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当
WR由低变高时，2LE变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC 2
寄存器中。

芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。

D/A转换结果采用电流形式输出。

要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。

运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。

集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。

在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号/XFER。

当ILE为高电平，片选信号/CS
和写信号/WR1为低电平时，输入寄存器控制信号为1，这种情况下，输入寄存器的输出随输入而变化。

此后，当/WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。

对第二级锁存来说，传送控制信号/XFER 和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入而变化，此后，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。

其时序图如下：
由于此次设计的电路可直接用直通模式，即输入寄存器，DAC寄存器都关闭。

故可采用下图所示接法：
2.2 输出级放大电路确定
D/A转换结果采用电流形式输出。

若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。

运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。

要得到电压信号只有将D/A转换的电流信号利用电流型运放得到电压信号。

运算放大器有三个特点：
⑴开环放大倍数非常高，一般为几千，甚至可高达10万。

在正常情况下，运算放大器所需要的输入电压非常小。

⑵输入阻抗非常大。

运算放大器工作时，输入端相当于一个很小的电压加在一个很大的输入阻抗上，所需要的输入电流也极小。

⑶输出阻抗很小，所以，它的驱动能力非常大。

经过分析：
OP07即可满足要求。

其中
128
12820R2
Vout1Rp3VREF Rp2Vout2VRFB 256
N - RFB
RFB 256N RFB
1-I 1Vout VREF N Vout VRFB out ⨯-==++⨯=⨯+⨯-=⨯=）（
3. 元件参数确定
3.1 Rp1及R3的确定
由于
VREF=+5v
又因为
311
VREF R Rp Rp Vcc +⨯=
为了保证电流较小取
R3=10ΩK
Rp1=20ΩK
即可
3.2 输出级放大电路元件参数确定
因为
128
12820R2
Vout1Rp3VREF Rp2Vout2VRFB 256
N - RFB
RFB 256N RFB
1-I 1Vout VREF N Vout VRFB out ⨯-==++⨯=⨯+⨯-=⨯=）（
所以可取
R2=10ΩK
Rp2=Rp3=50ΩK
R1=5.1ΩK
4. 电路测试及结果分析
电路板焊接无误，且Vout2出来波形正常为标准正弦波。

Vp-p=576mv
Vmax=248mv
Vmin=-328mv
.1
KHz
f124
结果满足要求。

5. 参考文献
《电路》高等教育出版社2005年第五版
邱关源著
《电子技术基础》（模拟部分）高等教育出版社2005年第五版康华光主编
《电子技术基础》（数字部分）高等教育出版社2005年第五版康华光主编
《AVR ATmega128 单片机C语言程序设计及实践》北京航空航天大学出版社
2007年金钟夫等编著
《AVR 单片机应用开发指南及实例精解》中国电力出版社
2008年杨正忠耿德根编著
6. 附录。