2.1.3 任務3：D-A轉換模板的設計舉例

把上述D-A轉換器芯片及其接口以及輸出電路組合集成在一塊模板上，就構成了計算機控制系統中的D-A轉換模板。在設計一塊模板時，首先要考慮它的通用性。為了便于系統設計者的使用，D-A轉換模板應具有通用性，它主要體現在3個方面：符合總線標準、接口地址可選以及輸出方式可選。

（1）符合總線標準

這里的總線是指計算機內部的總線結構，D-A轉換模板及其他所有電路模板都應符合統一的總線標準，以便設計者在組合計算機控制系統硬件時，只需在總線插槽上插上選用的功能模板而無需連線，十分靈活方便。例如，STD總線標準規定模板尺寸為165mm×114mm，模板總線引腳共有56只，并詳細規定了每只引腳的功能。

（2）接口地址可選

一套控制系統往往需要配置多塊功能模板，或者同一種功能模板可能被組合在不同的系統中。因此，每塊模板應具有接口地址的可選性。

一般接口地址可由基址（或稱板址）和片址（或稱口址）組成，圖2-5給出一種接口地址可選的譯碼電路。8位量值比較器74LS688、地址（基址）A₃～A₇、置位開關S與上拉電阻組成基址譯碼電路，74LS138譯碼器、地址（片址）A₀～A₂構成片址譯碼電路。只有當74LS688兩邊輸入端電平P_i=Q_i（i=1，2，…，7）時，它的輸出端Q=P，為有效電位，從而使74LS138譯碼器處于工作狀態，產生由相應片址A₀～A₂確定的片選信號WC₀～WC₇，該片選信號可分別作為多D-A結構中8個D-A轉換器的片選信號或寫信號。

而基址A₇～A₃的確定，完全取決于置位開關S₃～S₇的通斷狀態，其基址可在00000×××～11111×××范圍中任意選定。若圖中S₆、S₇閉合，S₃、S₄、S₅斷開，即確定該板的基址為00111×××，則該板8個片址最終確定了8個D-A通道的接口地址為00111000～00111111，即38H～3FH。

（3）輸出方式可選

為了適應不同控制系統對執行器的不同需求，D-A轉換模板往往把各種電壓輸出和電流輸出方式組合在一起，然后通過短接柱來選定某一種輸出方式。這種組合電路實際上很簡單，雙極性電壓輸出方式，只要將V_OUT1后斷開，再把V_OUT2輸出線引到斷開處，以形成2個接點，通過短接柱的跨接就可選定系統所需要的單極性電壓輸出或是雙極性電壓輸出；又如在V_OUT2輸出之后加上晶體管放大電路，就成為電流輸出方式，而且在反饋電阻R_f（R_f=200Ω）處斷開再設置一個分支點，并聯上另一個阻值為100Ω的反饋電阻，則通過短接柱就可選定所需要的0～10mA電流輸出（R_f=200Ω）或4～20mA電流輸出（R_f=100Ω）。

一個實際的D-A轉換模板，供用戶選擇的輸出范圍常常是0～5V、0～10V、-5～5V、0～10mA、4～20mA等。

以上討論了幾種典型的D-A轉換器、接口電路以及通用性等問題，這為D-A轉換模板的設計打下了基礎。在硬件設計中，除了一些電路參數的計算，還要會查閱集成電路手冊，掌握各類芯片的外特性及其功能，以及與D-A轉換模板連接的CPU或計算機總線的功能及其特點。在硬件設計的同時，還必須考慮軟件的設計，D-A轉換模板的設計原則主要考慮以下幾點：

1）安全可靠：盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔離技術。

2）性能/價格比高：既要在性能上達到預定的技術指標，又要在技術路線、芯片元件上降低成本。例如，在選擇集成電路芯片時，應綜合考慮其轉換速度、精度、工作環境溫度和經濟性等諸多因素。

3）通用性：D-A轉換模板應符合總線標準，其接口地址及輸出方式應具備可選性。

D-A轉換模板的設計步驟：確定性能指標，設計電路原理圖，設計和制造印制電路板，最后焊接和調試電路板。其中，數字電路和模擬電路應分別排列走線，盡量避免交叉，連線要盡量短。模擬地（AGND）和數字地（DGND）要分別走線，通常在總線引腳附近一點接地。光電隔離前后的電源線和地線要相互分開。調試時，一般是先調數字電路部分，再調模擬電路部分，并按性能指標逐項考核。

圖2-6給出了8路8位D-A轉換模板的結構組成框圖，它是按照總線接口邏輯、I/O功能邏輯和I/O電氣接口3部分布局電子元器件的。圖中，總線接口邏輯部分主要由數據緩沖與地址（基址、片址）譯碼電路組成，完成8路通道的分別選通與數據傳送（參見圖2-5接口地址可選的譯碼電路）；I/O功能邏輯部分由8片DAC0832組成，完成D-A轉換（參見圖2-2 DAC0832接口電路）；而I/O電氣接口部分由運算放大器與U/I變換電路組成，實現電壓或電流信號的輸出。

設8路D-A轉換的8個輸出數據存放在內存數據段BUF₀～BUF₇單元中，主過程已裝填DS，8片DAC0832的通道口地址為38H～3FH，分別存放在從CH₀開始的8個連續單元中，該D-A轉換模板的接口子程序如下：

例如，電路原理如圖2-7所示，DAC0832采用單緩沖方式，具有單雙極性輸入（圖中的U_a、U_b）。

利用debug輸出命令（Out 290數據）輸出數據給DAC0832，用萬用表測量單極性輸出U_a及雙極性輸出U_b的電壓，驗證數字與電壓之間的線性關系。編程產生正弦波波形（從U_b輸出，用示波器觀察）。產生正弦波可根據正弦函數建立一個下弦數字量表，取值范圍為一個周期，表中數據個在16個以上（U_REF表示參考電壓，N表示數據），這里的參考電壓為PC的+5V電源，8位D-A轉換器DAC0832的口地址為290H，程序如下：