2.1.3 任务3：D-A转换模板的设计举例

把上述D-A转换器芯片及其接口以及输出电路组合集成在一块模板上，就构成了计算机控制系统中的D-A转换模板。在设计一块模板时，首先要考虑它的通用性。为了便于系统设计者的使用，D-A转换模板应具有通用性，它主要体现在3个方面：符合总线标准、接口地址可选以及输出方式可选。

（1）符合总线标准

这里的总线是指计算机内部的总线结构，D-A转换模板及其他所有电路模板都应符合统一的总线标准，以便设计者在组合计算机控制系统硬件时，只需在总线插槽上插上选用的功能模板而无需连线，十分灵活方便。例如，STD总线标准规定模板尺寸为165mm×114mm，模板总线引脚共有56只，并详细规定了每只引脚的功能。

（2）接口地址可选

一套控制系统往往需要配置多块功能模板，或者同一种功能模板可能被组合在不同的系统中。因此，每块模板应具有接口地址的可选性。

一般接口地址可由基址（或称板址）和片址（或称口址）组成，图2-5给出一种接口地址可选的译码电路。8位量值比较器74LS688、地址（基址）A₃～A₇、置位开关S与上拉电阻组成基址译码电路，74LS138译码器、地址（片址）A₀～A₂构成片址译码电路。只有当74LS688两边输入端电平P_i=Q_i（i=1，2，…，7）时，它的输出端Q=P，为有效电位，从而使74LS138译码器处于工作状态，产生由相应片址A₀～A₂确定的片选信号WC₀～WC₇，该片选信号可分别作为多D-A结构中8个D-A转换器的片选信号或写信号。

而基址A₇～A₃的确定，完全取决于置位开关S₃～S₇的通断状态，其基址可在00000×××～11111×××范围中任意选定。若图中S₆、S₇闭合，S₃、S₄、S₅断开，即确定该板的基址为00111×××，则该板8个片址最终确定了8个D-A通道的接口地址为00111000～00111111，即38H～3FH。

（3）输出方式可选

为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，D-A转换模板往往把各种电压输出和电流输出方式组合在一起，然后通过短接柱来选定某一种输出方式。这种组合电路实际上很简单，双极性电压输出方式，只要将V_OUT1后断开，再把V_OUT2输出线引到断开处，以形成2个接点，通过短接柱的跨接就可选定系统所需要的单极性电压输出或是双极性电压输出；又如在V_OUT2输出之后加上晶体管放大电路，就成为电流输出方式，而且在反馈电阻R_f（R_f=200Ω）处断开再设置一个分支点，并联上另一个阻值为100Ω的反馈电阻，则通过短接柱就可选定所需要的0～10mA电流输出（R_f=200Ω）或4～20mA电流输出（R_f=100Ω）。

一个实际的D-A转换模板，供用户选择的输出范围常常是0～5V、0～10V、-5～5V、0～10mA、4～20mA等。

以上讨论了几种典型的D-A转换器、接口电路以及通用性等问题，这为D-A转换模板的设计打下了基础。在硬件设计中，除了一些电路参数的计算，还要会查阅集成电路手册，掌握各类芯片的外特性及其功能，以及与D-A转换模板连接的CPU或计算机总线的功能及其特点。在硬件设计的同时，还必须考虑软件的设计，D-A转换模板的设计原则主要考虑以下几点：

1）安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离技术。

2）性能/价格比高：既要在性能上达到预定的技术指标，又要在技术路线、芯片元件上降低成本。例如，在选择集成电路芯片时，应综合考虑其转换速度、精度、工作环境温度和经济性等诸多因素。

3）通用性：D-A转换模板应符合总线标准，其接口地址及输出方式应具备可选性。

D-A转换模板的设计步骤：确定性能指标，设计电路原理图，设计和制造印制电路板，最后焊接和调试电路板。其中，数字电路和模拟电路应分别排列走线，尽量避免交叉，连线要尽量短。模拟地（AGND）和数字地（DGND）要分别走线，通常在总线引脚附近一点接地。光电隔离前后的电源线和地线要相互分开。调试时，一般是先调数字电路部分，再调模拟电路部分，并按性能指标逐项考核。

图2-6给出了8路8位D-A转换模板的结构组成框图，它是按照总线接口逻辑、I/O功能逻辑和I/O电气接口3部分布局电子元器件的。图中，总线接口逻辑部分主要由数据缓冲与地址（基址、片址）译码电路组成，完成8路通道的分别选通与数据传送（参见图2-5接口地址可选的译码电路）；I/O功能逻辑部分由8片DAC0832组成，完成D-A转换（参见图2-2 DAC0832接口电路）；而I/O电气接口部分由运算放大器与U/I变换电路组成，实现电压或电流信号的输出。

设8路D-A转换的8个输出数据存放在内存数据段BUF₀～BUF₇单元中，主过程已装填DS，8片DAC0832的通道口地址为38H～3FH，分别存放在从CH₀开始的8个连续单元中，该D-A转换模板的接口子程序如下：

例如，电路原理如图2-7所示，DAC0832采用单缓冲方式，具有单双极性输入（图中的U_a、U_b）。

利用debug输出命令（Out 290数据）输出数据给DAC0832，用万用表测量单极性输出U_a及双极性输出U_b的电压，验证数字与电压之间的线性关系。编程产生正弦波波形（从U_b输出，用示波器观察）。产生正弦波可根据正弦函数建立一个下弦数字量表，取值范围为一个周期，表中数据个在16个以上（U_REF表示参考电压，N表示数据），这里的参考电压为PC的+5V电源，8位D-A转换器DAC0832的口地址为290H，程序如下：