DAC8830可以当做电位器来使用吗？

时间：2022-09-19 19:00:00 r1216电位器 r9011电位器电位器的103

01缘起

为什么要讨论电子电位器？

为什么要讨论使用一个DAC作为电位器呢？主要原因如下：

在信号源的驱动下，使用电位器可以很容易地形成振幅值可调的交流信号源。与使用通常的可编程直流电源或DAC在输出电压方面，输出是范围可变的交流信号源，可用于许多自动测量环节。
为什么不直接使用？机械电位器改变信号源的振幅值？另一个原因是信号的振幅值自动可编程。
现在有数字电位器，比如X9C102,X9C103,X9C104,AD5272等等，为什么不用它们来实现正确交流信号源改变幅值怎么样？其中一个主要原因是设备频带宽度¹问题。与机械电位器相比，这些电子电位器(变阻器)工作频带宽度相对较窄，不适合高频信号。

^{▲ 重要的人，不能忘记的人，不想忘记的人，你是谁？}

2.为什么要用？DAC做电位器？

DAC用作电位器改变交流信号的原理是什么？
使用DAC分压交流信号的优点是什么？
能否克服前数字电位器频带过窄的问题？

利用DAC当做电位器通过改变交流信号的振幅，可以进行相关讨论 What is the Multiplying DAC? 来看到。

写这些话的时候，我还不知道具体的答案。让我们通过实验来验证它们。

02构建基础实验电路

最近刚买了几片16bit的DAC 芯片DAC8830IDR（价格6.6），具有SPI基于此的界面DAC验证以前想法的可行性。

1.实验电路设计

由于DAC8830使用SPI接口来设置输出电压，使用STC8G1K（SOP16)作为控制器完成其信号控制。

2）PCB

实验原理图LAYOUT，尽量满足单面PCB板材生产工艺要求。快速制版后，获得相应的实验电路板。

^{▲ 实验电路板PCB设计}

2.MCU软件编程³

^{▲ 单片机硬件配置}

调试串口的波特率：460800

1) DA8830访问子程序

使用STC8G的SPI端口对DA8830访问。DA8830的SPI读写时序，相应的DAC8830写入转换（16bit）数据子程序为：

void DAC8830Set(unsigned int nDAC) { 
             OFF(DAC8830_CS);          SPISendChar((unsigned char)(nDAC >> 8));     SPISendChar((unsigned char)nDAC);          ON(DAC8830_CS);      }

^{▲ DA8830的SPI读写时序}

对应的DA8830的CS，SPK的波形为：

^{▲ 观察到}示波器DA8830的CS，CLK的波形

从上面的波形可以看出，DAC8830Set()函数的执行时间在STC8G1K17（35MHz）执行时间约为3 $3.2\mu s 3.2μs$

在静态下，通过两个 $R_{r1} = 510\Omega$ 电阻组成的参考电压分压电路，生成大约2.5V的参考电压。实际测量电压为： $V_{ref} = 2.419V$ 。
根据DA8830数据手册，DAC8830的参考电压输入阻抗大约为： $R_{DA8830Vref} = 9k\Omega$ 。因此，理论计算所得到的参考电压为：
$V_{ref} = + 5V \times { {R_{DA8330Vref} } \over {R_{DA8330} + R_{r1} /2}} = { {5*9000} \over {9000 + 510/2}} = 4.862V$
这个数值比起前面实际测量得到的 $V_{ref}$ 要大，这说明对应的DA8830的参考电压管脚的阻抗比起 $9k\Omega$ 还要小。

为了便于测量数据波形，调用DA8830Set（）函数中的输入参数为 $N_1 = 0x5555$ 。那么输出电压计算值应该为： $V_{out} = { {N_1 } \over {0xffff}} \times V_{ref} = { {0x5555} \over {0xffff}} \times 2.419 = 0.806V$
实际测量DA8830的输出电压为： $V_{out} = 0.821V$ 。

2) 输出电压波形

^{▲ 每1ms写入DAC8830递增数据的CS，DI数据波形}

写入递增的数据，输出波形。

for(;;) { 
        
    WaitTime(1);
    //----------------------------------------------------------------------
    DAC8830Set(nShowCount);
    nShowCount += 0x200;
    //----------------------------------------------------------------------
}

此时Dout输出递增的锯齿波形。

^{▲ 输出递增的锯齿波形}

03参考电压对DAC输出信号的影响

下面经过几组实验，来验证DAC的参考电压对于输出信号的影响。

1.参考电压的有效范围

在DAC8830的数据手册中，对于参考电压的输入范围给定的是1.25V ~ Vpp。下面通过一组实验来测试实际的有效输入参考电压范围：

下面通过在某一给定的DAC8830的设置下，给定Vref，测量对应的实际输出。下面依次在给定0x7fff（半量程）,0xffff（全量程）以及0xfff下输出电压与参考电压之间的关系。

^{▲ DAC8830Set(0x7fff)时的Vref与Vout之间的关系}

ref=[0.00,0.10,0.21,0.31,0.41,0.51,0.61,0.72,0.82,0.92,1.02,1.12,1.22,1.33,1.43,1.53,1.63,1.73,1.84,1.94,2.04,2.14,2.24,2.35,2.45,2.55,2.65,2.75,2.85,2.95,3.06,3.16,3.26,3.36,3.46,3.56,3.66,3.77,3.87,3.97,4.07,4.17,4.28,4.38,4.48,4.58,4.68,4.78,4.89,4.99]
out=[0.00,0.05,0.10,0.16,0.21,0.26,0.31,0.36,0.41,0.46,0.51,0.56,0.61,0.66,0.71,0.77,0.82,0.87,0.92,0.97,1.02,1.07,1.12,1.17,1.22,1.27,1.32,1.37,1.42,1.47,1.53,1.58,1.63,1.68,1.73,1.78,1.83,1.88,1.93,1.98,2.03,2.08,2.13,2.18,2.23,2.29,2.34,2.39,2.44,2.49]

^{▲ DAC8830Set(0xffff)时的Vref与Vout之间的关系}

ref=[0.00,0.10,0.21,0.31,0.41,0.51,0.61,0.72,0.82,0.92,1.02,1.12,1.22,1.33,1.43,1.53,1.63,1.73,1.84,1.94,2.04,2.14,2.24,2.34,2.44,2.55,2.65,2.75,2.85,2.95,3.05,3.15,3.25,3.36,3.46,3.56,3.66,3.76,3.86,3.96,4.07,4.17,4.27,4.37,4.47,4.57,4.68,4.78,4.88,4.98]
out=[0.01,0.11,0.21,0.31,0.41,0.51,0.62,0.72,0.82,0.92,1.02,1.12,1.22,1.33,1.43,1.53,1.63,1.73,1.83,1.93,2.04,2.14,2.24,2.34,2.44,2.54,2.64,2.74,2.84,2.94,3.04,3.15,3.25,3.35,3.45,3.55,3.65,3.75,3.85,3.96,4.05,4.16,4.26,4.36,4.46,4.56,4.66,4.76,4.87,4.97]

^{▲ DAC8830Set(0xfff)时的Vref与Vout之间的关系}

ref=[0.00,0.10,0.21,0.31,0.41,0.51,0.61,0.72,0.82,0.92,1.02,1.12,1.23,1.33,1.43,1.53,1.63,1.74,1.84,1.94,2.04,2.14,2.24,2.35,2.45,2.55,2.65,2.75,2.85,2.95,3.05,3.15,3.25,3.36,3.46,3.56,3.66,3.76,3.86,3.97,4.07,4.17,4.27,4.37,4.47,4.57,4.68,4.78,4.88,4.98]
out=[0.00,0.01,0.01,0.02,0.03,0.03,0.04,0.05,0.05,0.06,0.07,0.07,0.08,0.08,0.09,0.10,0.10,0.11,0.12,0.12,0.13,0.13,0.14,0.15,0.15,0.16,0.17,0.17,0.18,0.19,0.19,0.20,0.20,0.21,0.22,0.22,0.23,0.24,0.24,0.25,0.26,0.26,0.27,0.27,0.28,0.29,0.29,0.30,0.31,0.31]