利用单片机构成高精度 PWM 式 12 位 D/A [一].前言 在用单片机制作的变送器类和控制器类的仪表中，需要输出 1—5V 或 4—20mA 的直流信号的时候，通常采用专用的 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增加。在工业仪表中，通常增加到 12 位。12 位 D/A 的价格目前比单片机的价格要高得多，占用的接口线数量也多。尤其是在需隔离的场合时，所需的光电耦合器数量与接口线相当，造成元器件数量大批增加，使体积和造价随之升高。如果在单片机控制的仪表里用 PWM 方式完成 D/A 输出，将会使成本降低到 12 位 D/A 芯片的十分之一左右。我们在 S 系列流量仪表中采用了这种方式，使用效果非常理想。下面介绍一下 PWM 方式D/A 的构成原理。 [二].电路原理 一般 12 位 D/A 转换器在手册中给出的精度为±1/2LSB，温度漂移的综合指标在20—50ppm/℃，上述两项指标在 0.2 级仪表中是可以满足要求的，下面给出的电路可以达到上述两项指标。 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τ max=2×5000=10000us，这就是 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示: VM 必须是精密电压源。Vo 与占空比成正比，且线性较好，这种方式在理论上是很成熟的，但实际应用上还存在一些问题。图 2 是实际线路，其中单片机可用 8098 或 8031 两种常用芯片，VM 的数值为5.000V±2mV，D/A 与单片机必须是电气隔离的。否则数字脉冲电流产生的干扰会影响 D/A 精度，从示波器可以看到高达 50mV 的干扰毛刺电压，因此有必要加光电隔离。经隔离后的脉冲驱动模拟开关 CD4053。CD4053 是三组两触点模拟开关，由PWM 脉冲控制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随器输出 Vo。其中 RC 的时间常数一般取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，如果想进一步减小纹波，可适当提高 RC 的乘积，但电路的响应速度也会放慢。 用运放做 RC 滤波器输出的缓冲大有益处。它不仅提高了滤波电路带载能力，而且使线性度得到了提高。通过实验可知，这一级运放的的缓冲作用是保证整个 D/A 精度和线性度的重要环节。尽...
