DAC8831在恒電位儀電壓掃描中的應(yīng)用

摘要：為實(shí)現(xiàn)恒電位儀給定電壓低速掃描時(shí)電壓高精度、線(xiàn)性好及降低設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單可行的電壓掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C51為主控器件，通過(guò)單片機(jī)IO口模擬SPI通信接口來(lái)控制16位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC8831，DAC8831根據(jù)預(yù)先輸入的D／A控制字將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓，借助于外部運(yùn)放實(shí)現(xiàn)雙極性電壓輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)輸出電壓范圍為-4～+4 V、電壓分辨率可達(dá)0．125 mV，低速電壓掃描線(xiàn)性度好，具有應(yīng)用靈活、外圍電路簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：DAC8831；單片機(jī)；恒電位儀；OPA277

恒電位儀是電化學(xué)測(cè)試中的重要儀器，用它可以控制電極電位為指定值，以達(dá)到恒電位極化的目的。通過(guò)改變恒電位儀的輸入給定電壓，以改變電極上的電位值，即電壓掃描電路。傳統(tǒng)的電壓掃描電路采用手動(dòng)逐點(diǎn)調(diào)節(jié)、機(jī)械傳動(dòng)調(diào)節(jié)或是由計(jì)數(shù)器及運(yùn)算放大器組成的簡(jiǎn)易數(shù)模轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)掃描電壓的調(diào)整，控制精度低、穩(wěn)定性較差、線(xiàn)性度差、電路復(fù)雜，且受溫度影響較大。16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8831具有
高精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。將其與STC89C51單片機(jī)構(gòu)成電壓掃描電路應(yīng)用于恒電位儀中，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，具有高精確度、高穩(wěn)定性、高線(xiàn)性度，完全能夠滿(mǎn)足恒電位儀低速掃描要求，且通過(guò)編程還可實(shí)現(xiàn)多種波形的輸出，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

1 16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8831
1．1 DAC8831概述
DAC8831是TI公司的一款16位電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換速度快、超低功耗(最低15μW)、高精度(DAC8831ICD最大線(xiàn)性誤差不超過(guò)±1 LSB)、低輸出噪聲、高速SPI接口(最高可達(dá)50MHz)、上電自動(dòng)校零等優(yōu)勢(shì)，非常適用于小型儀器、手持移動(dòng)設(shè)備。
1．2 DAC8831引腳排列
DAC8831引腳排列如圖1所示。

各引腳功能如下：
RFB：反饋電阻接入端，在雙極性輸出時(shí)連接到外部運(yùn)放的輸出端：
Vout：數(shù)模轉(zhuǎn)換器模擬電壓輸出端；
AGNDF、AGNDS：模擬地；
VREF-S、VREF-F：參考電壓輸入端，連接到外部參考電壓；
：片選端，當(dāng)為低電平時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入SDI端口；
SCLK：串行時(shí)鐘輸入端：
NC：無(wú)內(nèi)部連接；
SDI：串行數(shù)據(jù)輸入端，在SCLK的上升沿?cái)?shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器；
：DA轉(zhuǎn)換器加載輸入端，低電平有效。當(dāng)為低電平時(shí)，DAC鎖存器同步更新輸入寄存器的內(nèi)容；
DGND：數(shù)字地；
INV：內(nèi)部比例電阻連接端。在雙極性輸出時(shí)連接到外部運(yùn)放的反向輸入端；
VDD：模擬電源端，+3～+5V。
1．3 DAC8831使用方法
1. 3．1 基準(zhǔn)源電路
為了使數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸出更加穩(wěn)定，對(duì)DA芯片的基準(zhǔn)源就要有一定要求，基準(zhǔn)源必須是低溫溧、高精度、高穩(wěn)定性，通用基準(zhǔn)源芯片有TL431、LM336等，溫漂系數(shù)基本可以達(dá)到20～30 ppm／℃，綜合易用性、計(jì)算方便性等因素，本系統(tǒng)采用的是TI公司生產(chǎn)的REF5040I精密基準(zhǔn)源芯片，該芯片具有最大為3 ppm／℃極低溫漂系數(shù)、最大誤差為0．05％的高精度值以及極低的噪聲3 μVPP／V，且具有高達(dá)10 mA的輸出電流，輸出電壓為4．096 V，最小步進(jìn)正好是0,125mV，完全適合作為16位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源。該芯片電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍元件少，應(yīng)用電路如圖2所示。