DAC8831在恒電位儀電壓掃描中的應用

摘要：為實現恒電位儀給定電壓低速掃描時電壓高精度、線性好及降低設計成本，設計了一種簡單可行的電壓掃描系統。該系統以STC89C51為主控器件，通過單片機IO口模擬SPI通信接口來控制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，借助于外部運放實現雙極性電壓輸出。實驗結果表明，該系統輸出電壓范圍為-4～+4 V、電壓分辨率可達0．125 mV，低速電壓掃描線性度好，具有應用靈活、外圍電路簡單，可靠性高的特點。
關鍵詞：DAC8831；單片機；恒電位儀；OPA277

恒電位儀是電化學測試中的重要儀器，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逐點調節、機械傳動調節或是由計數器及運算放大器組成的簡易數模轉換電路來實現掃描電壓的調整，控制精度低、穩定性較差、線性度差、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、高穩定性等優點。將其與STC89C51單片機構成電壓掃描電路應用于恒電位儀中，電路結構簡單、成本低，具有高精確度、高穩定性、高線性度，完全能夠滿足恒電位儀低速掃描要求，且通過編程還可實現多種波形的輸出，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最大線性誤差不超過±1 LSB)、低輸出噪聲、高速SPI接口(最高可達50MHz)、上電自動校零等優勢，非常適用于小型儀器、手持移動設備。
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，當為低電平時數據進入SDI端口；
SCLK：串行時鐘輸入端：
NC：無內部連接；
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，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。該芯片電路結構簡單，外圍元件少，應用電路如圖2所示。