如何使用DAC53701来完成555时基电路的主要功能呢？
01 dac替代555一、555电路提问前天在公众号后台，看到有同学询问如何提高555定时器电路产生方波信号的精度。
当然，如果提问的同学现在已经对555定时器电路工作原理有了解，也懂得产生方波信号的频率所依赖的外部阻容器件的关系，那么就可以寻找到提高555定时器电路精度的方法。
▲ 图2.1.1 ne7555内部功能框图
影响定时器精度因素可以分为两个方面。
系统误差 ：也就是影响方波频率所依赖的555时基电路内部参考分压电源准确度，定时电阻，电容示值精度等。通常情况下，如果不要求555输出驱动电流大的情况下，选择7555系列的cmos版本的时基电路，工作在5v以上的电压时产生频率可以优于5%的信号频率。随机误差 ：包括环境温度影响外部r,c器件变化，电路噪声使得输出方波产生相位抖动等。为了使得输出频率精确达到所需要的频率，往往需要在外围电阻上附加一个精密可调电阻，通过硬件调整使得输出频率达到需要的精度范围。
实际上，如果不是因为成本问题，现在使用一个8pin，甚至6pin的单片机，产生所需要频率的方波可能更方便。
二、smart dac在网络上浏览提高555定时器精度文献时，看到一篇来自于ti的工程应用报告： considering ti smart dacs as an alternative to 555 timers ^[5]^ 给出了利用ti smart dac 实现555的功能的方法。
这款10-bit dac，型号为dac53701，号称smart dac，其内部不仅集成dac所需要的的高精度参考电源，dac转换电路、i2c和spi接口电路，相比于其他dac，它还有以下特点：
内部有掉电保护存储器保存所有设置参数；具有一个波形发生器，可以产生三角波、锯齿波、方波信号；输出缓冲放大器，反馈引脚外部引出。具有可编程输入端口；芯片也是8pin封装。内部功能参考图如下图所示。
▲ 图2.2.1 dac53701内部功能框图
三、实现555功能由于dac53701具有内部eeprom存储器，通过i2c/spi设定的功能可以在上电启动后自动回复。下面给出实现555定时器几种主要功能的电路配置。
1、输出方波信号这部分应用到dac53701波形发生器的功能。通过设置，使其内部产生三角波信号。相应的频率由下面公式计算所得：
▲ 图2.3.3 dac53701产生pwm波形电路
▲ 图2.3.4 dac53701产生的正弦调制的pwm波形
3、施密特比较器在555电路中，将pin6（threshold）和pin2（/trigger）连接在一起作为输入，此时555的输出与输出之间就是一个带有滞回特性比较器（schmitt trigger），通常用于对信号波形进行整形，或者将原来的模拟信号转换成高低电平的数字信号。
下图显示了555电路作为滞回比较器时对输入的正弦波转换成方波的工作波形。
▲ 图2.3.5 在555集成电路的trig/threshold输入正弦波，out输出整形后的方波
利用dac53701的gpi功能，可以将其配置成具有滞回比较特性的schmitt 比较器。gpi可以用于选择内部dac的输出数值，因此可以改变内部比较器 v+ 的数值。所以把vout通过反馈连接到gpi，就可以动态改变内部比较器的参考电压。设置合适的gpi对应的dac数值，这个反馈就会形成滞回特性比较特性。反馈回路中的rc滤波可以消除比较器切换过程中的抖动。
▲ 图2.3.6 设置dac53701为具有滞回特性的比较器
由于dac53701内部dac输出电压是可以通过内部寄存器进行配值，所以对应的滞回比较的两个参考电压数值是可以改变的。而555定时器的滞回比较电压只能是工作电源的1/3和2/3。这一点使得dac43701应用更加灵活。
下图给出了dac53701作为滞回比较器时电路各点的电压信号波形。
▲ 图2.3.7 dac53701滞回比较输出波形
应用滞回特性，再加上r、c电路，可以再次形成单稳态、双稳态、无稳态电路等。
四、总结利用dac53701完成555常见到的功能，不仅具有强的参数配置灵活性，主要的震荡频率、滞回电压等都是内部可编程，不依赖于外部的阻容器件，所以精度很高。比如在室温下，频率精度高于优于1%，这比常见到的555定时器电路都要好。
当然，相比于传统的555电路， dac53701还具有一定的局限性， 比如它的价格还是偏高，工作电压范围比较窄（1.8v - 5.5v），静态功耗略高于cmos的555集成电路等。
※ 总 结 ※本文给出了基于dac53701来实现555定时器主要功能的方案。在产生信号的精度上，dac53701具有很大的优势。
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当然，如果提问的同学现在已经对555定时器电路工作原理有了解，也懂得产生方波信号的频率所依赖的外部阻容器件的关系，那么就可以寻找到提高555定时器电路精度的方法。
▲ 图2.1.1 ne7555内部功能框图
影响定时器精度因素可以分为两个方面。
系统误差 ：也就是影响方波频率所依赖的555时基电路内部参考分压电源准确度，定时电阻，电容示值精度等。通常情况下，如果不要求555输出驱动电流大的情况下，选择7555系列的cmos版本的时基电路，工作在5v以上的电压时产生频率可以优于5%的信号频率。随机误差 ：包括环境温度影响外部r,c器件变化，电路噪声使得输出方波产生相位抖动等。为了使得输出频率精确达到所需要的频率，往往需要在外围电阻上附加一个精密可调电阻，通过硬件调整使得输出频率达到需要的精度范围。
实际上，如果不是因为成本问题，现在使用一个8pin，甚至6pin的单片机，产生所需要频率的方波可能更方便。
二、smart dac在网络上浏览提高555定时器精度文献时，看到一篇来自于ti的工程应用报告： considering ti smart dacs as an alternative to 555 timers ^[5]^ 给出了利用ti smart dac 实现555的功能的方法。
这款10-bit dac，型号为dac53701，号称smart dac，其内部不仅集成dac所需要的的高精度参考电源，dac转换电路、i2c和spi接口电路，相比于其他dac，它还有以下特点：
内部有掉电保护存储器保存所有设置参数；具有一个波形发生器，可以产生三角波、锯齿波、方波信号；输出缓冲放大器，反馈引脚外部引出。具有可编程输入端口；芯片也是8pin封装。内部功能参考图如下图所示。
▲ 图2.2.1 dac53701内部功能框图
三、实现555功能由于dac53701具有内部eeprom存储器，通过i2c/spi设定的功能可以在上电启动后自动回复。下面给出实现555定时器几种主要功能的电路配置。
1、输出方波信号这部分应用到dac53701波形发生器的功能。通过设置，使其内部产生三角波信号。相应的频率由下面公式计算所得：
▲ 图2.3.3 dac53701产生pwm波形电路
▲ 图2.3.4 dac53701产生的正弦调制的pwm波形
3、施密特比较器在555电路中，将pin6（threshold）和pin2（/trigger）连接在一起作为输入，此时555的输出与输出之间就是一个带有滞回特性比较器（schmitt trigger），通常用于对信号波形进行整形，或者将原来的模拟信号转换成高低电平的数字信号。
下图显示了555电路作为滞回比较器时对输入的正弦波转换成方波的工作波形。
▲ 图2.3.5 在555集成电路的trig/threshold输入正弦波，out输出整形后的方波
利用dac53701的gpi功能，可以将其配置成具有滞回比较特性的schmitt 比较器。gpi可以用于选择内部dac的输出数值，因此可以改变内部比较器 v+ 的数值。所以把vout通过反馈连接到gpi，就可以动态改变内部比较器的参考电压。设置合适的gpi对应的dac数值，这个反馈就会形成滞回特性比较特性。反馈回路中的rc滤波可以消除比较器切换过程中的抖动。
▲ 图2.3.6 设置dac53701为具有滞回特性的比较器
由于dac53701内部dac输出电压是可以通过内部寄存器进行配值，所以对应的滞回比较的两个参考电压数值是可以改变的。而555定时器的滞回比较电压只能是工作电源的1/3和2/3。这一点使得dac43701应用更加灵活。
下图给出了dac53701作为滞回比较器时电路各点的电压信号波形。
▲ 图2.3.7 dac53701滞回比较输出波形
应用滞回特性，再加上r、c电路，可以再次形成单稳态、双稳态、无稳态电路等。
四、总结利用dac53701完成555常见到的功能，不仅具有强的参数配置灵活性，主要的震荡频率、滞回电压等都是内部可编程，不依赖于外部的阻容器件，所以精度很高。比如在室温下，频率精度高于优于1%，这比常见到的555定时器电路都要好。
当然，相比于传统的555电路， dac53701还具有一定的局限性， 比如它的价格还是偏高，工作电压范围比较窄（1.8v - 5.5v），静态功耗略高于cmos的555集成电路等。
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