一 前语
在用单片机制造的变送器类和操控器类的外表中，需求输出1—5V或4—20mA的直流信号的时分，一般选用专用的D/A芯片，一般是每路一片。当输出信号的精度较高时，D/A芯片的位数也将随之添加。
在工业外表中，一般添加到12位。12位D/A的价格现在比单片机的价格要高得多，占用的接口线数量也多。尤其是在需阻隔的场合时，所需的光电耦合器数量与接口线适当，形成元器件数量大批添加，使体积和造价随之升高。假如在单片机操控的外表里用PWM办法完结D/A输出，将会使本钱降低到12位D/A芯片的十分之一左右。咱们在S系列流量外表中选用了这种办法，运用作用十分抱负。下面介绍一下PWM办法D/A的构成原理。
二 电路原理
一般12位D/A转化器在手册中给出的精度为±1/2LSB，温度漂移的归纳目标在20—50ppm/℃，上述两项目标在0.2级外表中是能够满意要求的，下面给出的电路能够到达上述两项目标。
图1中的T是固定宽度，τ的宽度是可变的。τ分为5000份，每份2us。所以τ的最大值τmax=2×5000=10000us，这便是T的宽度。当τ=T时，占空比为1，Vo=5.000V，τ=0时，Vo=0V。这种脉冲电压经过两级RC滤波后得到的电压可由下式表明:
VM有必要是精细电压源。Vo与占空比成正比，且线性较好，这种办法在理论上是很老练的，但实践使用上还存在一些问题。图2是实践线路，其间单片机可用8098或8031两种常用芯片，VM的数值为5.000V±2mV，D/A与单片机有必要是电气阻隔的。不然数字脉冲电流发生的搅扰会影响D/A精度，从示波器能够看到高达50mV的搅扰毛刺电压，因而有必要加光电阻隔。经阻隔后的脉冲驱动模仿开关CD4053。CD4053是三组两触点模仿开关，由PWM脉冲操控开关的公共接点使之与+5.000V和地接通，在VI得到与单片机输出相一致的PWM波形。该波形经两级RC滤波后由运放构成的电压跟从器输出Vo。其间RC的时刻常数一般取RC≥2T，这样两级RC加起来就会得到纹波小于3mV的直流电压，本电路中RC=220ms，假如想进一步减小纹波，可适当进步RC的乘积，但电路的呼应速度也会怠慢。
用运放做RC滤波器输出的缓冲大有益处。它不只进步了滤波电路带载才能，并且使线性度得到了进步。经过试验可知，这一级运放的的缓冲作用是确保整个D/A精度和线性度的重要环节。虽然RC滤波器无负载，处在十分抱负的条件下作业，但Vo并不彻底与占空比成正比。经测验，Vo与抱负值有一些差错，如图3所示。
图中的曲线1表明抱负值，曲线2表明实测值。由图中可见，曲线2的根部不太抱负。这是因为所运用的电容不是纯电容，其间含有必定的电感。在占空比极小时，因为脉冲十分窄，它发生的高次谐波的频率很高，电感对高次谐波的感抗较大，因而在脉冲沿的方位上，虽然电压改变很大，但实践实践给电容充电却很小。这样就在窄脉冲时发生非线性。当选用无感电容时，这种非线性有较大改进，但仍不能彻底符合。因为无感电容容量太小，价格也较高，所以在大时刻常数滤波电路中没有实践意义。在实践运用中处理这一问题的办法是放弃根部非线性部分，只用线性部分，在工业外表中，规范的信号一般为1—5V或4—20mA。而曲线2的非线性部分在0.4V以下，所以当选用1—5V输出信号时，精度为0.03%彻底满意12位D/A要求。
除精度满意要求外，温度特性也有必要满意要求。影响温度特性的原因主要是5V精细电源和运算放大器的温度特性。为不使价格太高，选用2DW232精细稳压二极管，运放的电阻与滤波电阻要匹配且温度系数≤25ppm。运算放大器挑选温漂≤10uV/℃的均可，一般廉价低温漂运放都可满意这个目标。选用上述办法后D/A的总温度漂为33ppm/℃。
三 实测数据
因为这个线路是在0.2级精细外表中运用的，因而要求线性度和温度特性有必要满意要求，别的，这个数据是丈量V/I转化后4-20mA电源值与给定电流值之间的差错。这个差错还包含了V/I转化的差错。因而实践的D/A本身的差错比总差错要小。
由以上数据可知，满量程的线性度为0.04%，满量程的温度漂移为0.033%/10℃，体系呼应时刻约为2.2s，输出信号与规范值相差0.1%时所用的时刻为11s。
四 结束语
上面所介绍的D/A电路结构简略，原理易懂，在8098及8031单片机上都能够使用，笔者选用8098单片机的四路高速输入输出一起操控四路精细D/A输出。后边加一级V/I转化电路，构成规范的4—20mA电流输出，电路经一年多的现场实践使用，作用很好，适于现在0.2级外表的悉数要求。
