DAC8831在恒电位仪电压扫描中的应用

摘要：为实现恒电位仪给定电压低速扫描时电压高精度、线性好及降低设计成本，设计了一种简单可行的电压扫描系统。该系统以STC89C51为主控器件，通过单片机IO口模拟SPI通信接口来控制16位数模转换芯片DAC8831，DAC8831根据预先输入的D／A控制字将数字信号转换成模拟电压，借助于外部运放实现双极性电压输出。实验结果表明，该系统输出电压范围为-4～+4 V、电压分辨率可达0．125 mV，低速电压扫描线性度好，具有应用灵活、外围电路简单，可靠性高的特点。
关键词：DAC8831；单片机；恒电位仪；OPA277

恒电位仪是电化学测试中的重要仪器，用它可以控制电极电位为指定值，以达到恒电位极化的目的。通过改变恒电位仪的输入给定电压，以改变电极上的电位值，即电压扫描电路。传统的电压扫描电路采用手动逐点调节、机械传动调节或是由计数器及运算放大器组成的简易数模转换电路来实现扫描电压的调整，控制精度低、稳定性较差、线性度差、电路复杂，且受温度影响较大。16位数模转换器DAC8831具有
高精度、高稳定性等优点。将其与STC89C51单片机构成电压扫描电路应用于恒电位仪中，电路结构简单、成本低，具有高精确度、高稳定性、高线性度，完全能够满足恒电位仪低速扫描要求，且通过编程还可实现多种波形的输出，扩展能力强。

1 16位数模转换器DAC8831
1．1 DAC8831概述
DAC8831是TI公司的一款16位电压输出型数模转换器，具有转换速度快、超低功耗(最低15μW)、高精度(DAC8831ICD最大线性误差不超过±1 LSB)、低输出噪声、高速SPI接口(最高可达50MHz)、上电自动校零等优势，非常适用于小型仪器、手持移动设备。
1．2 DAC8831引脚排列
DAC8831引脚排列如图1所示。

各引脚功能如下：
RFB：反馈电阻接入端，在双极性输出时连接到外部运放的输出端：
Vout：数模转换器模拟电压输出端；
AGNDF、AGNDS：模拟地；
VREF-S、VREF-F：参考电压输入端，连接到外部参考电压；
：片选端，当为低电平时数据进入SDI端口；
SCLK：串行时钟输入端：
NC：无内部连接；
SDI：串行数据输入端，在SCLK的上升沿数据被锁存到输入寄存器；
：DA转换器加载输入端，低电平有效。当为低电平时，DAC锁存器同步更新输入寄存器的内容；
DGND：数字地；
INV：内部比例电阻连接端。在双极性输出时连接到外部运放的反向输入端；
VDD：模拟电源端，+3～+5V。
1．3 DAC8831使用方法
1. 3．1 基准源电路
为了使数模转换芯片的输出更加稳定，对DA芯片的基准源就要有一定要求，基准源必须是低温溧、高精度、高稳定性，通用基准源芯片有TL431、LM336等，温漂系数基本可以达到20～30 ppm／℃，综合易用性、计算方便性等因素，本系统采用的是TI公司生产的REF5040I精密基准源芯片，该芯片具有最大为3 ppm／℃极低温漂系数、最大误差为0．05％的高精度值以及极低的噪声3 μVPP／V，且具有高达10 mA的输出电流，输出电压为4．096 V，最小步进正好是0,125mV，完全适合作为16位高精度数模转换器的基准源。该芯片电路结构简单，外围元件少，应用电路如图2所示。