DAC应用详解

只看该作者 · 2012-3-27 13:35

DAC，英文全称是digital-to-analog converter，即数字模拟转换器，简称数模转换。与ADC刚好相反，DAC是把数字量转变成模拟量的器件。
我们处在一个数字时代，而我们的视觉、听觉、感觉、嗅觉等所感知的却是一个模拟世界。如何将数字世界与模拟世界联系在一起，正是模拟数字转换器(ADC)和数字模拟转换器(DAC)大显身手之处。任何一个信号链系统，都需要传感器来探测来自模拟世界的电压、电流、温度、压力等信号。这些传感器探测到的信号量被送到放大器中进行放大，然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号，经过处理器、DSP或FPGA信号处理后，再经由DAC还原为模拟信号。所以ADC和DAC在信号链的框架中起着桥梁的作用，即模拟世界与数字世界的一个接口。
DAC的原理稍微有点复杂，下面我列出一段话，如果无法理解，可以暂时跳过，不理解原理不一定会影响我们对DAC的简单应用：
DAC主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准电压源（或恒流源）组成。用存于数字寄存器的数字量的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1 的位在位权网络上产生与其位权成正比的电流值，再由运算放大器对各电流值求和，并转换成电压值。
我讲点个人的理解，不准确但是有助于建立一个思维模型：上述的模拟电子开关都分别接着一个分压的器件，比如说电阻。模拟开关的个数取决于DAC的精度。那么N个电子开关就把基准电压分为N份（并不是平均分哦），而这些开关根据输入的二进制每一位数据对应开启或者关闭，把分压的器件上的电压引入输出电路中。
但是如果无论如何你都不明白的话，请保持参考电压的值符合器件要求，并且尽可能的稳定。
DAC有几个必须要懂得的参数：
1.转换精度：
在DAC中一般用分辨率和转换误差来描述转换精度。
1>.分辨率
一般用 DAC 的位数来衡量分辨率的高低，因为位数越多，其输出电压V的取值个数（2^n个）就越多，也就越能反映出输出电压的细微变化，分辨能力就越高。
此外，也可以用DAC能分辨出来的最小输出电压1 LSB与最大输出电压FSR之比定义分辨，即：
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2010-3-21 20:31

该值越小，分辨率越高。
2>.转换误差
转换误差是指实际输出的模拟电压与理想值之间的最大偏差。常用这个最大偏差与FSR之比的百分数或若干个LSB表示。实际上它是三种误差的综合指标。
2．转换速度
转换速度一般由建立时间决定。从输入由全0突变为全1时开始，到输出电压稳定在FSR±½ LSB范围（或以FSR±x％FSR指明范围）内为止，这段时间称为建立时间，它是DAC的最大响应时间，所以用它衡量转换速度的快慢。
CEPARK AVR开发板上集成了TLC5615数字模拟转换器，10位精度，两倍参考电压输出，支持SPI协议，只需要外接三个IO口便可以控制。以下是原理图：
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2010-3-21 20:31

如图所见：
DIN：串行数据输入口，在这个引脚输入我们想要输出的模拟电压的数字量；
SCLK：时钟信号输入口，在这个引脚产生数据传输时钟，每一次下降沿写入数据
CS：片选端，低电平有效。
DOUT：串行数据输出口，用于级联，本例不使用，所以不做论述。
时序图：
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首先说这个时序图并不是非常的清晰，我一开始看的时候也看不太明白，于是找来下面这样一段话：
“由时序图可以看出，当片选CS为低电平时，输入数据DIN由时钟SCLK同步输入或输出，而且最高有效位在前，低有效位在后。输入时SCLK的上升沿把串行输入数据DIN移入内部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿输出串行数据DOUT，片选CS的上升沿把数据传送至DAC寄存器。
当片选CS为高电平时，串行输入数据部能由时钟同步送入移位寄存器；输出数据DOUT保持最近的数值不变而不进入高阻态。由此想要串行输入数据和输出数据必须满足两个条件：第一时钟SCLK的负跳变；第二片CS为低电平。这里，为了使时钟的内部馈通最小，当片选CS为高电平时，输入时钟SCLK应当为低电平。”