三防平板模拟量输出通道是智能系统实现控制模拟设备的关键，其任务是将处理结果送给被控对象。对于嵌入式控制系统，模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器（DAC）及驱动电路组成。在系统工作时，微处理器首先将控制信息通过D/A转换器转换成模拟信号，三防平板然后经过驱动电路（功率放大器等）驱动相应的执行机构或装置设备，达到控制的目的。在实际应用中，模拟量输出通道通常分为单路模拟量和多路模拟量两种输出通道结构。

单路模拟量输出通道结构如图1所示，其优点是转换速度快、工作可靠。目前，三防平板在部分嵌入式微处理器中，内部集成有寄存器和D/A转换器，D/A转换器将数字量转换为模拟量后输出，但输出信号通常无法直接驱动外部的执行装置或设备，故需要增加放大变换电路。

图1 单路模拟量输出通道结构

多路模拟量输出通道共用一个D/A转换器，其结构如图2所示。这种方式必须在微处理器控制下分时工作，依次把数字信号转化为模拟信号，然后通过多路开关分别传送给采样保持器和执行机构。这种结构形式的优点是节省了系统的成本，但由于是分时工作，一般适用于输出通道数量多且速度要求不高的场合。

图2 多路模拟量输出通道结构

D/A转换器及应用

1．概述

（1）组成与工作原理。D/A转换器的作用是将微处理器中的数字量转换为相应的模拟量，D/A转换过程示意图如图3所示。

图3 D/A转换过程示意图

D/A转换器内部结构一般包括数字缓冲寄存器、N位模拟开关、译码网络、放大求和电路及基准电压源，如图4所示。

图4 D/A转换器内部结构

不同厂家生产的D/A转换器种类繁多，常见分类方式有：

● 按转换位数可分为8位、10位、12位、16位等；

● 按数字量的输入形式可分为并行总线D/A转换器和串行总线D/A转换器；

● 按转换时间可分为超高速D/A转换器（＜100 ns）、高速D/A转换器（100 ns～10 μs）、中速D/A转换器（10～100 μs）、低速D/A转换器（＞100 μs）等；

● 按输出信号形式可分为电压输出型和电流输出型；

● 按输入是否含有锁存器可分为内部无锁存器和内部有锁存器两种形式。

在目前应用的D/A转换器中，通常采用倒T形（或称为R-2R形）的电阻开关网络结构，如图5-5所示。

图5 倒T形电阻开关网络结构

根据集成反向放大器的“虚假短路”概念（即V-≈V+≈0），图5中，无论开关S3、S2、S1、S0与哪一边接通，各2R 电阻的上端都相当于接通“地电位”端，其等效电路如图5-6所示。

图6 倒T形电阻开关网络的等效电路

设图6中电路中的总电流为I，从电路可以看出，分别从11＇、22＇、33＇、44＇每个端口向左看的等效电阻都是R，这样可以推导出从参考电源流入电阻网络的总电流为

其中，流过44＇端的电阻支路的电流为I/2，流过33＇端、22＇端、11＇端的电阻支路的电流分别为I/4、I/8、I/16。在图5-5中，开关S3～S0受到数字量d3d2d1d0的控制，当某位数字量di为“1”时（如d 0=1），控制相应的开关（如S0=1）与放大器的反相输入端接通，相应电阻支路的电流（I/16）流过反向放大器的反馈电阻RF（因i≈0）后，其输出电压v O=-iRF；当某位数字量为0时，控制相应的开关与地电位端接通，相应的电流不流过放大器的反馈电阻RF。这样，三防平板电路中流过放大器反馈电阻的总电流为

根据集成运放的“虚地”概念，可以认为vO＝-RFi。如果取反馈电阻RF＝R，并将式（5-1）和式（5-2）代入，则输出电压为

式（5-3）表明，输出模拟电压正比于输入的数字量，实现了数字量转换为模拟量的功能。

对于n位的倒T形电阻开关网络的D/A转换器，输入为n位的二进制的数字量dn-1dn-2…d1d0，输出的模拟电压为

由于倒T形电阻开关网络的电阻取值只有R和2R两种，整体电路的精度容易保证，且转换速度较快。目前，在并行高速D/A转换器中大都采用倒T形电阻开关网络制作的集成芯片，如DAC0832（8位）、5G7520（10位）、AD7524（8位）、AD7546（16位）等。

（2）D/A转换器的技术参数。D/A转换器的技术参数很多，主要有转换精度、分辨率、转换误差和转换速度等。

① 转换精度。D/A转换器的转换精度是指在整个工作区间内，实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，通常用分辨率和转换误差来描述。

② 分辨率。指当输入数字发生单位数码变化时所对应的输出模拟量的变化量。D/A转换器的位数（输入二进制数码的位数）越多，输出电压的取值个数越多，就越能反映输出电压的细微变化，分辨率就越高。例如，某8位D/A转换器，参考基准输入电压VREF（模拟输出电压与其有直接关系）为5 V，其分辨率为

VREF 28=5000 mV 256≈19.5 mV

在工程中有时也可以用D/A转换器的位数来衡量分辨率的高低，例如，8位D/A转换器，分辨率的最低有效位（LSB）为

LSB=128=1 256=0.0039=0.39％

三防平板对于n位D/A转换器，分辨率为1/2n。分辨率是D/A转换器在理论上能达到的精度，不考虑转换误差时，转换精度即分辨率的大小。

③ 转换误差。由于各元器件参数值存在误差、基准电压源不够稳定，以及运算放大器的漂移等，使D/A转换器实际转换精度受转换误差的影响，低于理论转换精度。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输出电压满刻度（Full Scale Range，FSR）的百分比或最低有效位（LSB）的倍数表示。转换误差一般是增益误差、漂移误差和非线性误差的综合指标。

④ 转换速度。一般由建立时间决定，三防平板建立时间是指当输入的数字量变化时，输出电压进入与稳态值相差范围内的时间。输入数字量的变化越大，建立时间越长。所以输入从全0跳变为全1（或从全1变为全0）时建立时间最长，该时间称为满量程建立时间，一般技术手册上给出的建立时间是指满量程建立时间。

此外，还有温度系数等技术参数。

在进行含有D/A转换器的输出电路设计过程中，选用D/A转换器时应主要考虑如下几个方面。

● D/A转换器用于什么系统、应转换输出的数据位数、系统的精度及线性度；

● 输出的模拟信号类型，包括输出信号的范围、极性（单/双极性）、信号的驱动能力、信号的变化速度；

● 系统工作带宽要求，D/A转换器的转换时间、转换速率，高速应用还是低速应用；

● 基准电压源的来源，基准电压源的幅度、极性及稳定性，电压是固定的还是可调的，是外部提供还是D/A转换芯片内部提供等。

另外，还有成本及芯片来源等因素。

目前应用的D/A转换器芯片种类繁多，不同形式的D/A转换器与微处理器接口有所不同，下面分别以并行D/A转换器和串行D/A转换器为例进行介绍。