在用單片機(jī)制作的變送器類和控制器類的儀表中，需要輸出1—5V或4—20mA的直流信號的時候，通常采用專用的D/A芯片，一般是每路一片。當(dāng)輸出信號的精度較高時，D/A芯片的位數(shù)也將隨之增加。在工業(yè)儀表中，通常增加到12位。12位D/A的價格目前比單片機(jī)的價格要高得多，占用的接口線數(shù)量也多。尤其是在需隔離的場合時，所需的光電耦合器數(shù)量與接口線相當(dāng)，造成元器件數(shù)量大批增加，使體積和造價隨之升高。如果在單片機(jī)控制的儀表里用PWM方式完成D/A輸出，將會使成本降低到12位D/A芯片的十分之一左右。我們在S系列流量儀表中采用了這種方式，使用效果非常理想。下面介紹一下PWM方式D/A的構(gòu)成原理。
[二].電路原理
    一般12位D/A轉(zhuǎn)換器在手冊中給出的精度為±1/2LSB，溫度漂移的綜合指標(biāo)在20—50ppm/℃，上述兩項(xiàng)指標(biāo)在0.2級儀表中是可以滿足要求的，下面給出的電路可以達(dá)到上述兩項(xiàng)指標(biāo)。
    用運(yùn)放做RC濾波器輸出的緩沖大有益處。它不僅提高了濾波電路帶載能力，而且使線性度得到了提高。通過實(shí)驗(yàn)可知，這一級運(yùn)放的的緩沖作用是保證整個D/A精度和線性度的重要環(huán)節(jié)。盡管RC濾波器無負(fù)載，處在非常理想的條件下工作，但Vo并不完全與占空比成正比。
    這是因?yàn)樗褂玫碾娙莶皇羌冸娙?，其中含有一定的電感。在占空比極小時，由于脈沖非常窄，它產(chǎn)生的高次諧波的頻率很高，電感對高次諧波的感抗較大，因此在脈沖沿的位置上，盡管電壓變化很大，但實(shí)際實(shí)際給電容充電卻很小。這樣就在窄脈沖時產(chǎn)生非線性。當(dāng)采用無感電容時，這種非線性有較大改善，但仍不能完全吻合。由于無感電容容量太小，價格也較高，所以在大時間常數(shù)濾波電路中沒有實(shí)際意義。在實(shí)際使用中解決這一問題的方法是舍棄根部非線性部分，只用線性部分，在工業(yè)儀表中，標(biāo)準(zhǔn)的信號一般為1—5V或4—20mA。而曲線2的非線性部分在0.4V以下，所以當(dāng)采用1—5V輸出信號時，精度為0.03%完全滿足12位D/A要求。
    除精度滿足要求外，溫度特性也必須滿足要求。影響溫度特性的原因主要是5V精密電源和運(yùn)算放大器的溫度特性。為不使價格太高，選用2DW232精密穩(wěn)壓二極管，運(yùn)放的電阻與濾波電阻要匹配且溫度系數(shù)≤25ppm。運(yùn)算放大器選擇溫漂≤10uV/℃的均可，一般廉價低溫漂運(yùn)放都可滿足這個指標(biāo)。采用上述措施后D/A的總溫度漂為33ppm/℃。
[三].實(shí)測數(shù)據(jù)
    由于這個線路是在0.2級精密儀表中使用的，因此要求線性度和溫度特性必須滿足要求，另外，這個數(shù)據(jù)是測量V/I轉(zhuǎn)換后4-20mA電源值與給定電流值之間的誤差。這個誤差還包含了V/I轉(zhuǎn)換的誤差。因此實(shí)際的D/A自身的誤差比總誤差要小。
    由以上數(shù)據(jù)可知，滿量程的線性度為0.04%，滿量程的溫度漂移為0.033%/10℃，系統(tǒng)響應(yīng)時間約為2.2s，輸出信號與標(biāo)準(zhǔn)值相差0.1%時所用的時間為11s。
[四].結(jié)束語
    上面所介紹的D/A電路結(jié)構(gòu)簡單，原理易懂，在8098及8031單片機(jī)上都可以應(yīng)用，筆者采用8098單片機(jī)的四路高速輸入輸出同時控制四路精密D/A輸出。后面加一級V/I轉(zhuǎn)換電路，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的4—20mA電流輸出，電路經(jīng)一年多的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，效果很好，適于目前0.2級儀表的全部要求。