DAC8831在恒電位儀電壓掃描中的應用

摘要：為實(shí)現恒電位儀給定電壓低速掃描時(shí)電壓高精度、線(xiàn)性好及降低設計成本，設計了一種簡(jiǎn)單可行的電壓掃描系統。該系統以STC89C51為主控器件，通過(guò)單片機IO口模擬SPI通信接口來(lái)控制16位數模轉換芯片DAC8831，DAC8831根據預先輸入的D／A控制字將數字信號轉換成模擬電壓，借助于外部運放實(shí)現雙極性電壓輸出。實(shí)驗結果表明，該系統輸出電壓范圍為-4～+4 V、電壓分辨率可達0．125 mV，低速電壓掃描線(xiàn)性度好，具有應用靈活、外圍電路簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：DAC8831；單片機；恒電位儀；OPA277

恒電位儀是電化學(xué)測試中的重要儀器，用它可以控制電極電位為指定值，以達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。傳統的電壓掃描電路采用手動(dòng)逐點(diǎn)調節、機械傳動(dòng)調節或是由計數器及運算放大器組成的簡(jiǎn)易數模轉換電路來(lái)實(shí)現掃描電壓的調整，控制精度低、穩定性較差、線(xiàn)性度差、電路復雜，且受溫度影響較大。16位數模轉換器DAC8831具有
高精度、高穩定性等優(yōu)點(diǎn)。將其與STC89C51單片機構成電壓掃描電路應用于恒電位儀中，電路結構簡(jiǎn)單、成本低，具有高精確度、高穩定性、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)現多種波形的輸出，擴展能力強。

1 16位數模轉換器DAC8831
1．1 DAC8831概述
DAC8831是TI公司的一款16位電壓輸出型數模轉換器，具有轉換速度快、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50MHz)、上電自動(dòng)校零等優(yōu)勢，非常適用于小型儀器、手持移動(dòng)設備。
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)連接到外部運放的輸出端：
Vout：數模轉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，當為低電平時(shí)數據進(jìn)入SDI端口；
SCLK：串行時(shí)鐘輸入端：
NC：無(wú)內部連接；
SDI：串行數據輸入端，在SCLK的上升沿數據被鎖存到輸入寄存器；
：DA轉換器加載輸入端，低電平有效。當為低電平時(shí)，DAC鎖存器同步更新輸入寄存器的內容；
DGND：數字地；
INV：內部比例電阻連接端。在雙極性輸出時(shí)連接到外部運放的反向輸入端；
VDD：模擬電源端，+3～+5V。
1．3 DAC8831使用方法
1. 3．1 基準源電路
為了使數模轉換芯片的輸出更加穩定，對DA芯片的基準源就要有一定要求，基準源必須是低溫溧、高精度、高穩定性，通用基準源芯片有TL431、LM336等，溫漂系數基本可以達到20～30 ppm／℃，綜合易用性、計算方便性等因素，本系統采用的是TI公司生產(chǎn)的REF5040I精密基準源芯片，該芯片具有最大為3 ppm／℃極低溫漂系數、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位高精度數模轉換器的基準源。該芯片電路結構簡(jiǎn)單，外圍元件少，應用電路如圖2所示。