01緣起

1.為什么討論電子電位器？

為什么要討論使用一個 DAC^[1]來作為一個電位器呢？這里面主要原因如下：

• 使用電位器可以很方便在信號源的驅(qū)動下形成一個幅值可以調(diào)節(jié)的交流信號源。這比起使用通常的可編程直流電源，或者DAC輸出電壓來說，輸出的是幅度可以變的交流信號源，可以用于很多的自動測量環(huán)節(jié)。

• 為什么不直接使用 機械電位器^[2]來改變信號源的幅值呢？還是一個原因，那就是自動可編程改變信號的幅值。

• 現(xiàn)在有數(shù)字電位器，比如 X9C102,X9C103,X9C104^[3],AD5272等，為什么不使用它們來實現(xiàn)對交流信號源進行幅值改變呢？這里面一個主要原因就是器件的頻帶寬度^[4](https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104134132 "X9C102,X9C103,X9C104"),AD5272等，為什么不使用它們來實現(xiàn)對交流信號源進行幅值改變呢？這里面一個主要原因就是器件的頻帶寬度[^4068]的問題。相比于機械電位器，這些電子電位器（變阻器）都具有相對較窄的工作頻帶寬度，對于高頻信號不適合。

2.為什么使用DAC做電位器？

• DAC用作電位器改變交流信號原理;
• 使用DAC來分壓交流信號的優(yōu)點是什么？
• 是否能夠克服前面數(shù)字電位器的頻帶過窄的問題？

寫這些話的時候，我還不知道具體答案，下面就通過實驗來驗證一下吧。

02實驗電路

最近，剛剛購買了幾片16bit的DAC芯片 DAC8830IDR^[5]（價格6.6），具有SPI接口，基于該DAC來驗證一下前面的思路的可行性。

1.實驗電路設計

由于DAC8830使用SPI接口來設置輸出電壓，使用STC8G1K（SOP16）作為控制器來完成對它的信號控制。

1）SCH ^[6]

2）PCB

對于實驗原理圖進行LAYOUT，盡可以滿足單面PCB板制作的工藝要求。快速制版之后得到對應的實驗電路板。

2.MCU軟件編程^[7]

1) DA8830訪問子程序

使用STC8G的SPI端口對DA8830進行訪問。根據(jù)DA8830的SPI讀寫時序，相應的DAC8830寫入轉(zhuǎn)換（16bit）數(shù)據(jù)的子程序為：

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

對應的DA8830的CS，SPK的波形為：

從上面波形可以看出，DAC8830Set()函數(shù)的執(zhí)行時間在STC8G1K17（35MHz）執(zhí)行中的時間大約為3 。

在靜態(tài)下，通過兩個 電阻組成的參考電壓分壓電路，生成大約2.5V的參考電壓。實際測量電壓為： 。
根據(jù)DA8830數(shù)據(jù)手冊，DAC8830的參考電壓輸入阻抗大約為： 。因此，理論計算所得到的參考電壓為：

這個數(shù)值比起前面實際測量得到的 要大，這說明對應的DA8830的參考電壓管腳的阻抗比起 還要小。

為了便于測量數(shù)據(jù)波形，調(diào)用DA8830Set（）函數(shù)中的輸入?yún)?shù)為 。那么輸出電壓計算值應該為：

2) 輸出電壓波形

寫入遞增的數(shù)據(jù)，輸出波形。

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

此時Dout輸出遞增的鋸齒波形。

03參考電壓與輸出信號

下面經(jīng)過幾組實驗，來驗證DAC的參考電壓對于輸出信號的影響。

1.參考電壓的有效范圍

在DAC8830的數(shù)據(jù)手冊中，對于參考電壓的輸入范圍給定的是1.25V ~ Vpp。下面通過一組實驗來測試實際的有效輸入?yún)⒖茧妷悍秶?/p>

下面通過在某一給定的DAC8830的設置下，給定Vref，測量對應的實際輸出。將三種不同設置下的輸出電壓與參考電壓之間的關(guān)系繪制在一起。從圖中可以看到，實際上，DA8830的參考電壓對于輸出電壓的等比例的影響范圍是在整個的工作電壓（0~5V）之內(nèi)都有效。

2.輸入交變的參考電壓

1）在Vref加入交流電壓波形

在Vref中加入100Hz左右正弦波，設置DAC8830轉(zhuǎn)換值為0x7fff，輸出的電壓波形如下圖所示?？梢钥吹捷敵觯˙lue）的電壓波形等于Vref(Cyan)的一半。

當設置為0xffff的時候，輸入的波形就與輸入一致了。

2）輸入高頻方波波形

為了測試從Vref到Vout之間的頻帶寬度，在Vref中加入高頻方波信號，觀察輸出的Vout的信號。

將波形再次展開，觀察輸出的過渡過程。

展開波形，對比輸入輸出波形，可以觀察到Vref到Vout之間的帶寬應該超過1MHz。按照DAC8830數(shù)據(jù)手冊上關(guān)于參考電壓 -3dB帶寬的參數(shù)，典型值為1.3MHz。

3.使用DAC對交流信號進行調(diào)幅

下面將固定的交流電壓（有直流分量，使得信號始終大于零）施加在Vref，測量Vout隨著DAC8830的設置值的變化情況。
施加的電壓頻率 ，幅值 。

輸出電壓值如設置數(shù)值之間的關(guān)系為：

可以看到整體上輸出與設置值之間的關(guān)系呈現(xiàn)非常好的線性關(guān)系。

注意到在曲線的一開始似乎有一些略微的非線性。下面重新采集設置值范圍在（0,0x3ff）范圍內(nèi)的輸出電壓與設置值之間的關(guān)系曲線。

可以看到在起始的時候，由于系統(tǒng)存在噪聲，使得輸出的電流電壓與設定值之間存在一定的非線性。當理論輸出電壓小于系統(tǒng)地線上的噪聲電壓時，使用交流萬用表測量得到的數(shù)值就會偏大。

下面重新對頻率為 的信號測量輸出電壓與設定值之間的關(guān)系。結(jié)果與1kHz的情形相同。只是輸出整體的增益下降了。

增益變化了9%左右。

4.信號超量程

當輸入信號的幅值超過DAC8830d的工作電壓，或者低于0V，輸出都會出現(xiàn)截止。

結(jié)論

通過前面的實驗，可以看到，使用DAC8830來當做電位器獲得幅度可變的交流信號源是可行的。它具有很寬的信號帶寬，并且輸出信號的幅值與設置信號之間具有非常好的線性關(guān)系，只是在信號比較小的時候輸出會受到系統(tǒng)和芯片本身的噪聲影響。

當輸入信號超出了DAC8830的工作電壓，或者低于0V時，輸出信號都會截止。所以在使用的時候，需要通過一定的信號偏置的方式將交流信號平移到始終在0~5V（DAC8830工作電壓）范圍之后進行調(diào)試，然后可以再通過隔直電容去掉信號中的偏移量。

參考資料

卓老師，我是大三做節(jié)能組的。我認為各個組別的難度不同，確實周期是不一樣的。我以前也做過一年的比賽，還是有一些調(diào)試經(jīng)驗的。像四輪組別比較簡單，硬件不容易炸，給我10天我都能調(diào)出來，但是這次節(jié)能組調(diào)起來難度確實不小，而且跟年前相比新增的坡道對于直立車來講也是一個難點，我們只是清楚該怎么操作，實際上調(diào)起來怎么樣心里也沒譜。20天真的有點太短了，作品沒有時間打磨穩(wěn)定性都是個問題，心理壓力也倍增。我清楚大家都不想延時，如果最后真的迫不得已要實行20天方案，不知道卓老師是不是也能適當?shù)卣{(diào)整一下難度，讓至少50%的同學能夠適應這種強度?

記得剛剛?cè)雽W的時候老學長跟我們講過一句話，開始調(diào)試之前一切進度等于零。我覺得在真的開始返校調(diào)試之前我們不敢隨便亂開空口支票。

哈哈哈哈哈哈，卓大大，想跟您分享一下今天母親節(jié)給媽媽做的菜。越來越覺得工科的男生真的沒有不會的！放假到現(xiàn)在，我修了家里的凈水器，微波爐，洗澡鍋爐，浴室干濕分離改造。最夸張的花了一天時間，和爸爸刷了家里的墻！今天也是我第一次做菜但真的味道都還不錯。

卓大大，我是西安土著民。如果國賽有機會，在西安我一定請您吃我做的菜！