ＰＬＣ・变频器・计算机——采用ＤＡＣ０８３２的数模转换设计与调试 机床电器２０１２．１ 采用ＤＡＣ０８３２的数模转换设计与调试 鲁杰爽 （湖北职业技术学院，４３２０００） 摘要：数模转换是微机测控系统的重要组成部分。本文阐述了闭环温度测控装置中数模转换的设计，介绍了数 模转换接口电路的测试、故障分析与检测方法。 关键词：数模转换；ＤＡＣ０８３２；单片机；接口电路；调试 中图分类号：ＴＰ３３５ ．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—０４２０（２０１２）０１—００４１一Ｏ３ 费面 一 模数转换ＡＤＣ和数模转换ＤＡＣ接口电路是数字 电路单元与模拟数字电路单元之间进行信号转换的桥 梁，在单片机控制系统中占有极为重要的地位 。本 文从研制闭环温度测控装置的实践角度来阐述数模转 换接口电路的设计和调试方法，实践表明该系统升温 迅速，控温准确。 Ｉ．１数模转换器ＤＡＣ０８３２ ｌ堑＿． ：． ＤＡ转换器属于微机测控系统的输出通道部分 ， 它从单片机接收数字量，其功能是将输入的数字量，成 正比例地转换为模拟量输出，以控制后级的执行机构 动作，实现对工业对象的控制。ＤＡＣ０８３２的分辨率为 ８位，与流行的单片机和微处理器兼容 ，是工程上应 用最为广泛和典型的数模转换芯片，其内部结构如图 １所示。 １ 数模转换的应用 ＤＡＣ０８３２内部结构框图 ＤＩＯ ｅｆ ＩＤｕｔ２ ，０ｕ“ ＤＩ７ ＩＬＥ ｒｈ ＤＡＣ０８３２内部的８位Ｄ／Ａ转换器电路 ＡＧＮＤ Ｖｃ ｃ ＤＧＮＤ ＣＳ ＷＲ１ ＷＲ２ ＸＦＥＲ （ａ） 【ｂ） 图１ 典型数模转换芯片内部结构图 由图 ａ）可见，ＤＡＣ０８３２片内由８位的输入寄存 器和ＤＡＣ寄存器构成两级缓冲，当数据进入到ＤＡＣ ：一 ×（Ｄ ｒＡ）。。 ∞０ 寄存器则自动启动Ｄ／Ａ转换器开始转换。通过由三个与非门电路组成的控制逻辑电路，可以控制输入寄 存器和ＤＡＣ寄存器工作在如下的工作方式：直通方 式、单缓冲寄存器方式、双缓冲寄存器方式。 需要指出的是：ＤＡＣ０８３２内部的８位Ｄ／Ａ转换器 ＤＡＣ０８３２外接运算放大器不仅可以构成单极性 电压输出或双极性电压输出，还能够有效地提高其带 负载的能力。 ｔ １．２ 单片机与ＤＡＣ０８３２的接口 １．２．１ 单缓冲方式的接口 为倒Ｔ型Ｒ一２Ｒ电阻网络（图１（ｂ）虚线框所示），是 该方式适用于单路模拟量输出或多路模拟量非同 电流输出，需要外接运算放大器，才能将输出电流转变 成模拟电压输出。其输出模拟电压 与输入数字量 步输出。连接方法是使ＤＡＣ０８３２的两个内部寄存器 同时受控，即分配同一个地址，或者仅让输入寄存器处 （ＤＡＴＡ）之问的关系为：Ｒ＝Ｒ ＝１５ ｋｎ，故： Ｖｏ—Ｉｏ ｘ Ｒｆｂ一丽Ｖｒｅｆ × ×１５ ｏ００ 于受控锁存方式，而让ＤＡＣ寄存器处于直通方式，如 图２ 式下的ＤＡＣ０８３２就相当于一爪夕卜部ＲＡＭ 一４１一 机床电器２０１２．１ ＰＬＣ・变频器・计算机——采用ＤＡＣ０８３２的数模转换设计与调试 单元，单片机只需用一条ＭＯＶＸ指令就可以将数字量写 入其内部ＤＡＣ寄存器，自动完成一次Ｄ／Ａ转换。 ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＤＡＣＡｄｄｒ；ＤＡＣ０８３２的地址 ＭＯＶＡ，＃ＤＡＴＡ；待转换的数字量 ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ，Ａ；启动Ｄ／Ａ转换 Ｕｓ ＤＡＣ０８３２ ＋５Ｖ ７ ６ ＬｓｂＤ１０ Ｖｃｃ ５ ＤＩ１ Ｖｒｅｆ ４ ＤＩ２ ＩＬＥ １６ ＤＩ３ １５ ＤＩ４ １４ ＤＩ５ Ｒｆｂ １３ ＤＩ６ 生 １２．： ｍＣＷＸｆｅｒ ＲｓＳｂ ２１ＤＩ７ ＩｌｏＡＤＧＮＤ ｕＧｔＮ２Ｄｌ 魏ｒ￣＋１２ 图２ ＤＡ转换电路模块 １．２．２双缓冲方式的接口 双缓冲方式适用于多路模拟量要求同时输出的应 用场合。就是把每个ＤＡＣ０８３２的两个锁存器都接成 受控锁存方式。每个ＤＡＣ０８３２的输入寄存器分配不 同的地址，但所有ＤＡＣ０８３２的ＤＡＣ寄存器都同时受 控（分配同一个地址），以实现同步输出。 由于每个芯片内部的两个寄存器都接成受控锁存 方式，对于单片机而言相当于２个外部ＲＡＭ单元。需 要使用两条ＭＯＶＸ传送指令才能将数字量先写入内 部的输入寄存器后，再写入ＤＡＣ寄存器，完成一次转 换，这就是双缓冲的含义。 ２ ＤＡ转换模块的设计、调试与检修 ２．１ ＤＡ转换电路模块的设计 闭环温度测控装置要求控制的温度总误差为 １／（１００—３５）×１００％＝１．５３％，分配到输入通道、输 出通道的误差各为总误差的一半，即精度应为０．７６ ％。选择ＤＡ转换芯片时，主要考虑芯片的性能（转换 精度和转换时间等） 结构及应用特性 。采用价格 低廉的８位ＤＡＣ０８３２，转换精度为０．３９％，理论转换 时间为１ ｓ，工程实际应用时有几个 ｓ的转换延迟时 间 Ｊ，完全能满足要求。 闭环温度测控装置的硬件电路采用模块化设计， ＡＴ８９Ｓ５２单片机Ｐ０口通过双向功率驱动芯片 ７４ＬＳ２４５分别连接ＡＤ转换模块的ＡＤ０８０４、ＤＡ转换模 块的ＤＡＣ０８３２及显示模块中的８１５５芯片的数据线， 以传送数据，其Ｐ２口通过７４ＬＳ１３８译码，给三者的片 一４２一 选线分配地址。 其中ＤＡ转换电路模块要求ＤＡＣ０８３２接收单片机 输送的８位数字量，输出双极性电压（一１０ Ｖ～＋１０ Ｖ）以驱动后面的功率驱动模块。设计的ＤＡ转换电路 模块如图２所示，其输出电压为： 叫笔×ｓ＋筹ｃ一 ）１ ＤＡ转换电路模块要实现输入数字量为００ Ｈ～ ＦＦＨ时对应转换输出模拟电压一１０ Ｖ～＋１０ Ｖ，由式 （２）可知：Ｒｌ４＝４Ｒｌ３＇Ｒ１４＝２Ｒｌ２，取：Ｒ１２＝２．４ ｋ，Ｒ１３＝ １．２ ｋ，Ｒ１４＝４．７ ｋ可以满足要求。 ２．２ ＤＡ转换电路模块的检测 ＤＡ转换电路模块很难直接检测出好坏，一个简单 的办法是运行下面的测试程序，看输出端 能否输出 双向一１０ Ｖ～＋１０ Ｖ锯齿波。否则表明ＤＡ转换模块 有故障。测试程序如下： ＤＡＴｅｓｔ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＤＡＣＡｄｄｒ；ＤＡＣ０８３２地址 ＭＯＶ Ａ，＃ＯＯＨ ＬＯＯＰ：ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ．Ａ ＩＮＣ ＡＣＣ ＬＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ；延时 【ＪＭＰ ＬＯＯＰ ＤＥＬＡＹ：ＭＯＶ Ｒ７，＃１００Ｄ ＤＪＮＺ Ｒ７，￥ ＲＥＴ ＥＮＤ ２．３ ＤＡ转换电路模块的故障分析与检测 由于ＤＡＣ０８３２需要外接运放才能正常工作，所以 故障检测相对麻烦一些，调试的策略：采取从前向后的 顺序，先检测ＤＡＣ０８３２，再检测运放，以判断故障发生 的区域，再逐步检测排除故障。 ＤＡＣ０８３２是否正常工作从外观上无法判断，检测 的办法是断开其９号（Ｒｉｂ）引脚后接地，运行测试程 序，由ＤＡＣ０８３２工作原理可知（参见图１），用示波器 检测其，０ ．引脚应有锯齿波输出，无则表明ＤＡ电路有 问题。 故障分析与检测的基本方法是依次检查该ＤＡ芯 片的基本工作条件是否具备，即它的工作电源、参考电 压、片选和写信号等控制信号、输入的数据信号是否正 常。若某信号不正常，则逆序检查其上一级元件的输 出信号是否正常，从而分析出故障所在。检查信号是 ＰＬＣ・变频器・计算机——采用ＤＡＣ０８３２的数模转换设计与调试 机床电器２０１２．１ 否正常时，除了用示波器检查是否有信号波形外，还要 以ＤＡ模块电路无锯齿波电压输出故障为例，其 注意检查该信号与相关信号的时序关系是否正确。 故障分析与检测流程如图３所示。 ｖｏ无锯齿波电压输出 Ｎ Ｆ＿＼ 地测Ｉ缔 黜 。Ⅲ有锯齿波输出？ ／ｌ ｖ ／ ＼ 检查电源 Ｎ 电源ＶＣＣ、参 考电压、地 线电压正常 ＼Ｊ 是＼ 辇 巫 Ｙ 垄量皇 ｌ、 Ｎ 电 １ ５ 支路开路 磊 ！／ｖ／ Ｉ Ｙ Ｒｔ３支路开路 ！ ＩＹ 引脚５接 地线开路 ／ ＜ 箩笛萑瞽 ｉ 一，— ．隐 和丽１ ， ：一 ｌ堇 塑 ｌ Ｎ Ｉ Ｙ 运放损坏 Ｒ１４支路开路 运向 检查译码器电路ｌ — ｌ单片机丽引脚漏接或损坏 放锯 图３ ＤＡ模块电路故障分析与检测流程图 “ 。＋”＋”＋“＋”＋”＋”＋“＋”＋ ＋”＋”＋“＋“＋”＋”＋”＋”＋”＋ 、 参考文献： ＋ ［１］ 张道德．单片机接口技术［Ｍ］．北京：中国水利水电出 正泰逆变器效率 ｝ 版社，２００７：１５４． 测试全球名列前茅 ｛ ＋ ［２］ 杨宁，黄元峰．微机控制技术（第２版）［Ｍ］．北京：高 近日一项国际权威机构进行的检测中，上海正泰｛ 等教育出版社，２００５：４３—４４． 电源系统有限公司（简称“正泰电源”）生产的逆变器 十 名列前茅。 ｊ ［３］ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ＤＡＣ０８３０／０８３２ ８一Ｂｉｔ ｕＰ Ｃｏｍ— 该机构是全球权威光伏测试实验室“ＰＨＯＴＯＮ”， ｉ ｐａｔｉｂｌｅ，Ｄｏｕｎｂｌｅ—Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｄ ｔｏ Ａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［ＥＢ／ＯＬ］． 其对全球主要光伏逆变器厂家的六十余款产品的主； ２００２，０３．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｔａｓｈｅｅｔ５．ｃｏｍ／ｓｅａｒｃｈＤＡＣ０８３２． 要技术参数（效率）进行了检测，并将结果发表在 ｈｔｍ１． “ＰＨＯＴＯＮ”杂志２０１１年第１１期。 ［４］ 陈晓风．ＤＡＣ０８３２数模转换器转换速度的测试与研究 此次所测功率为２０ｋＷ的逆变器。如果以厂家排 名来看，正泰逆变器位列第三，前两名为西门子一瑞 ［Ｊ］．福建师范大学学报（自然科学版），２００３，１９（３）：１９ 福索和ＳＭＡ。如果从产品系列来看，排名第七／第八 —２１． （分别为在中等／高等太阳辐射条件下），是国内排名 ［５］何小艇．电子系统设计（第３版）［Ｍ］．杭州：浙江大学 最靠前的逆变器企业。 出版社，２００４：３４５—３４６． 这是正泰电源在成立仅两年多时间里所取得的 重要成绩。该公司拥有一支国际一流的研发和市场 运营团队，目前已经具备研制和生产５００ｋＷ的 收稿日期：２０１１—０８—２９ ． 变器能力。产品进入海外多个发达市场和新 作者简介：鲁杰爽（１９７４一），男，讲师，工学硕士，主要从事微 市场，国内市场也日益扩大。 机控制技术方面的教学和科研工作。 ４３．．．．——
