可調(diào)LED亮度驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)解讀

1、亮度可調(diào)的 LED驅(qū)動(dòng)電路摘要LED亮度可調(diào)通過(guò)有兩種可行方案：第一種通過(guò)單片機(jī)的占空比電壓來(lái)輸出不同的 電壓，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求；第二種通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)輸出不同的電流，然后 經(jīng)過(guò)放大器來(lái)進(jìn)行發(fā)大，從而實(shí)現(xiàn)輸出不同的電壓，來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。對(duì)于第一種方案，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且使用的電子器件類(lèi)較少，造價(jià)成本低，但是 其集成度低，看起來(lái)較復(fù)雜，不適于現(xiàn)代人的思想要求。對(duì)于第二種方案，優(yōu)點(diǎn)是集成 度高，且設(shè)計(jì)圖看起來(lái)明了，因?yàn)槠浼啥雀?，且使用了?shù)模轉(zhuǎn)換器，因此和第一種設(shè) 計(jì)方案相比略高。所以本設(shè)計(jì)采用了第二種方案。本設(shè)計(jì)的結(jié)果是設(shè)計(jì)制作一種可手動(dòng)和自動(dòng)循環(huán)的 led 調(diào)光電路；自動(dòng)調(diào)光時(shí)可使 等

2、在熄滅、微亮、較量及最亮四種狀態(tài)中不斷循環(huán)；實(shí)現(xiàn)燈光的循環(huán)調(diào)節(jié)功能（ 循環(huán)時(shí)間分別為為 2s、4s、6s、8s、10s、12s） ；關(guān)鍵詞： LED，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，放大器，調(diào)光IIDriving circuit with adjustable brightness LEDABSTRACTLED brightness can be adjusted through has two options: the first duty ratio of voltage to output different voltage through the MCU, in order to achieve the

3、design requirements; second through the control of the microcontroller DAC to different output current, and then through the amplifier is bigger, so as to realize the output of different voltage, to drive LED.In the first scheme, has the advantages of simple design, electronic devices and the use of

4、 small, low cost, but its low integration, look more complex, not suitable for the requirements of modern thought. In the second method, has the advantages of high integration, and design looks clear, because of its high degree of integration, and the use of a digital-to-analog converter, and compar

5、ed to the first design slightly higher. So the second schemes are adopted in this design.The result of design is to design a kind of manual and automatic cycle LED dimming circuit; automatic dimming can make in the extinction, shimmering, contest and the brightest four states require continuous cycl

6、e; circulation velocity of light can be adjusted (cycle time are 2S, 4S, 6S, 8s, 10s, 12S);KEYWORDS :LED, Digital Analog Converter ，Amplifier ， DimingIII目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要 IABSTRACT II HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 緒論 1 HYPERLINK l bookmark8 o Cur

7、rent Document 選題背景 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 選題背景概括 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 選題的目的及意義 2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 元器件介紹 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document LED 燈的介紹 3LED 燈的發(fā)展史歷史 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 單片機(jī)的介紹 3單片機(jī)引腳 4 H

8、YPERLINK l bookmark20 o Current Document DAC0832 8引腳介紹 8工作方式 8采用 DAC0809實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換 9輸出形式 10運(yùn)算放大器 10由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的 D/A 轉(zhuǎn)換器 11采用 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的 D/A轉(zhuǎn)換器 11D/A 轉(zhuǎn)換器性能參數(shù) 12DAC0832 及接口電路 12DAC0832 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 13DAC0832引腳特性 13DAC0832 的工作方式 14DAC0832 的應(yīng)用舉例 14 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.4 LM324 14LM324 的簡(jiǎn)介

9、 14同相交流放大器 15反相交流放大器 15交流信號(hào)三分配放大器 16有源帶通濾波器 16單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 17比較器 17 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 分部電路介紹 19 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 開(kāi)關(guān)控制電路 19 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 復(fù)位電路 19 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 單片機(jī)主控電路 20 HYPERLINK l bookmark34 o Curren

10、t Document 70832 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 20 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 放大電路 21IV TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 電路設(shè)計(jì)要求及方案選取 22 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 電路設(shè)計(jì)要求 22 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 可行性方案列舉 22 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 可行性

11、方案分析 22 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 軟件程序 23 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 7 結(jié)果總結(jié) 26致 謝 27參 考 文 獻(xiàn) 28 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 附錄 元器件清單 29 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 附錄 II 設(shè)計(jì)總電路圖 30亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路緒論選題背景上個(gè)世紀(jì) 60 年代，科技工作者利用半導(dǎo)體 PN結(jié)發(fā)光的原理，研制成了 LED發(fā)光二

12、極管。當(dāng)時(shí)研制的 LED，所用的材料是 GaASP，其發(fā)光顏色為紅色 1 。經(jīng)過(guò)近 30 年的發(fā) 展，現(xiàn)在大家十分熟悉的 LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光。最初 LED僅用作儀器儀表的指示光源， 后來(lái)各種光色的 LED在交通信號(hào)燈和大面積 顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用， 產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 通常 LED能直接發(fā)出紅、 黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光，但對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。經(jīng)過(guò)多年研究，人們?cè)?1998 年發(fā)白光的 LED開(kāi)發(fā)成功。這種 LED是將 GAN芯片和 YAG（釔鋁石榴石）封裝在一起做成的。芯片 GAN發(fā)藍(lán)光，高溫?zé)Y(jié)制成的 YAG熒光粉 受此

13、藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值達(dá) 550nm。藍(lán)光 LED基片安裝在碗形反射腔中，覆 蓋以混有 YAG的樹(shù)脂薄層，約 200-500nm。 LED 基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另 一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，最終可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于白色LED，通過(guò)改變 YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度。 這種通過(guò)藍(lán)光 LED得到白光的方 法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。目前白色 LED發(fā)光效率已經(jīng)突破 120LM/W，是白熾燈 15LM/W的 8倍，是熒光燈 50LM/W 的 2 倍多。LED的光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線成分，所以不會(huì)發(fā)熱，不產(chǎn)生有害輻射2 。而且 L

14、ED的光通量半衰期大于 5 萬(wàn)小時(shí)，可以正常使用 20 年，器件壽命一般都在 10萬(wàn) 小時(shí)以上，是熒光燈壽命的 10 倍，是白熾燈的 100 倍，所以基本不會(huì)損壞，這種燈具 具有非常好的節(jié)能長(zhǎng)壽命特性，隨著白色 LED價(jià)格的不斷降低， LED節(jié)能燈不但在節(jié)日 彩燈裝飾中廣泛應(yīng)用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的領(lǐng)域，全面 進(jìn)入實(shí)用化，并且在環(huán)保方面廢棄物可以回收，沒(méi)有熒光燈的貢污染問(wèn)題，是國(guó)家重點(diǎn) 發(fā)展的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。發(fā)展空間無(wú)限，市場(chǎng)價(jià)值巨大。與小和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）； 工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高

15、，壽命 長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極 管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做 成條狀，用 7 條條狀的發(fā)光管組成 7 段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示 09十個(gè) 數(shù)字。選題背景概括LED 燈相對(duì)于其他光源有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率提高空間大的優(yōu)勢(shì)，并且 LED 燈由于 采用物理 P-N 結(jié)的冷發(fā)光原理，使得 LED節(jié)能燈燈轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)光效率從 2002 年的 25流明/瓦提高到 2007年 75流明/瓦，而發(fā)光成本將從 2002的 200美元/千流明降低到 2007年的 20美元/ 千流明、最重要的是 LED節(jié)能

16、燈不存在汞燈污染源， 被譽(yù)為綠色環(huán)保 的照明能源，符合當(dāng)今世界主題。目前 LED節(jié)能燈最高發(fā)光率為 200 流明/ 瓦，其壽命 理論值達(dá)到 10 萬(wàn)小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他光源產(chǎn)品。是未來(lái)世界必用主流產(chǎn)品 3。目前世界各國(guó)都在政府的大力資助下加快推進(jìn) LED節(jié)能燈取代傳統(tǒng)照明燈的步伐、陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文日本、美國(guó)、歐盟、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)政府都制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。中國(guó)為節(jié)約能源、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，于 2007 年 6 月 3 日制定節(jié)能 減排綜合性工作方案半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)順應(yīng)了節(jié)能減排的宏觀政策。從 2005 年開(kāi)始科 技部批準(zhǔn)了大連、 廈門(mén)、上海、南昌、深圳等五個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn) 業(yè)基地

17、，之后在 2007 年 和 2008 年相繼批準(zhǔn)石家莊、揚(yáng)州等兩個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地，在政策、稅收和資金上 給予長(zhǎng)期支持。LED節(jié)能燈在 2007 年開(kāi)始滲透進(jìn)入白熾燈照明市場(chǎng)、 預(yù)計(jì)在 2012 年進(jìn)入熒光燈照 明市場(chǎng)，從而大量取代白熾燈和熒光燈。但目前 LED 路燈市場(chǎng)中，應(yīng)用 LED 燈的比例 很少，存在很大的替代空間， 目前路燈在全球未來(lái)景觀照明和通用照明的 LED 市場(chǎng)增長(zhǎng) 速度最快，預(yù)計(jì)景觀照明 LED市場(chǎng)份額將從 03 年的 2%增加到 08 年的 8%。 04 年通用 照明 LED 的銷(xiāo)售額是 9400 萬(wàn)美元，到 2010 年將增長(zhǎng)到 8.75 億美元，年增長(zhǎng)率將達(dá) 52.3

18、%，屆時(shí) LED節(jié)能燈將在全球 120 億美元至 140 億美元的照明市場(chǎng)占據(jù)重要的位置。選題的目的及意義在做畢設(shè)之前，通過(guò)查詢(xún)各種材料， 對(duì)畢設(shè)題目有了初步的認(rèn)識(shí)。 我所要做的是 LED 調(diào)光，大體來(lái)說(shuō) LED的發(fā)光強(qiáng)度是由 LED的驅(qū)動(dòng)電流決定的。驅(qū)動(dòng)電流的大小和波動(dòng)都 與 LED的發(fā)光強(qiáng)度有關(guān)系。 LED燈作為被控對(duì)象燈的亮度和控制系統(tǒng)亮度與正向流過(guò)它 的電流成正比，這樣就可以來(lái)通過(guò)調(diào)節(jié)它的正向電流來(lái)調(diào)節(jié)亮度。調(diào)節(jié)工作電流的方式 調(diào)節(jié)的范圍大、線性度好、但是功耗很大，經(jīng)常調(diào)節(jié)電流會(huì)使LED大壽命大幅縮減。由于工作電流調(diào)節(jié) LED的方法并不常用， 所以要通過(guò)調(diào)節(jié) PMW來(lái)調(diào)節(jié) LED的點(diǎn)亮

19、時(shí) 間，顯然亮的時(shí)間越長(zhǎng)看上去亮度就越大，這樣調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的頻率超出人一般能察覺(jué)的范 圍，就給人一種總亮的假象 4 。通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)調(diào)節(jié) PWM的占空比，在給入驅(qū)動(dòng)芯片 來(lái)調(diào)節(jié) LED的亮度。整體是通過(guò)單片機(jī) AT89C51來(lái)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832的輸出電流， DAC0832的輸 出電流再通過(guò)放大器進(jìn)行放大，從而產(chǎn)生不同的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng) LED燈。圖 1-1 電路流程圖亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路元器件介紹LED 燈的介紹LED(Light Emitting Diode )，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的 固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片

20、， 晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被 環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占 主導(dǎo)地位， 另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候， 它們之間就形成一個(gè) P-N 結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 P-N結(jié)的材料決定的 5 。最初 LED用作儀器儀表的指示光源， 后來(lái)各種光色的 LED在交通信號(hào)燈和大面積顯 示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很

21、好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以 12 英寸的紅色交通信 號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的 140 瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生 2000 流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失 90%，只剩下 200 流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈 中，Lumileds 公司采用了 18 個(gè)紅色 LED光源，包括電路損失在內(nèi)， 共耗電 14瓦，即可 產(chǎn)生同樣的光效。汽車(chē)信號(hào)燈也是 LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域 6 。對(duì)于一般照明而言， 人們更需要白色的光源。 1998 年發(fā)白光的 LED開(kāi)發(fā)成功。這種 LED是將 GaN芯片和釔鋁石榴石( YAG)封裝在一起做成。 GaN芯片發(fā)藍(lán)光( p=465nm， Wd=30nm)

22、，高溫?zé)Y(jié)制成的含 Ce3+的 YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值 550nm。藍(lán)光 LED基片安裝在碗形反射腔中， 覆蓋以混有 YAG的樹(shù)脂薄層，約 200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合 7 ，可 以得到得白光。對(duì)于 InGaN/YAG白色 LED，通過(guò)改變 YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光 粉層的厚度，可以獲得色溫 3500-10000K 的各色白光。這種通過(guò)藍(lán)光 LED得到白光的方 法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多 8 。LED 燈的發(fā)展史歷史上個(gè)世紀(jì) 60 年代，科技工作者利用半導(dǎo)體 PN結(jié)發(fā)光的原理

23、，研制成了 LED發(fā)光二 極管。當(dāng)時(shí)研制的 LED，所用的材料是 GaASP，其發(fā)光顏色為紅色。 經(jīng)過(guò)近 30 年的發(fā)展， 大家十分熟悉的 LED，已能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等多種色光 9 。然而照明需用的白 色光 LED僅在 2000 年以后才發(fā)展起來(lái)，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光LED10 。最早應(yīng)用半導(dǎo)體 P-N結(jié)發(fā)光原理制成的 LED光源問(wèn)世于 20世紀(jì) 60 年代初。當(dāng)時(shí)所 用的材料是 GaAsP，發(fā)紅光( p=650nm)，在驅(qū)動(dòng)電流為 20 毫安時(shí)，光通量只有千分 之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約 0.1 流明/ 瓦。 70年代中期。單片機(jī)的介紹AT89C51是一種帶 4K 字節(jié) F

24、LASH存儲(chǔ)器( FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版 本11 。單片機(jī)引腳

25、AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及 引腳排列如圖 2-1 所示。圖 2-1 單片機(jī)外形及引腳圖VCC：供電電壓GND：接地P0口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門(mén)電流。當(dāng) P0口 的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高祖輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 它可以被 定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校 驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須接上拉電阻。P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL

26、門(mén)電流。 P1口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為 低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為 低八位地址接收。P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因 此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高 八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八

27、位地址數(shù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 寫(xiě)時(shí)， P2口輸出其特殊功能存儲(chǔ)器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地 址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電 流。當(dāng) P3口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外 部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL ）這是由于上拉的緣故。亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷 0）P3.3 /INT1 （外部中斷 1）

28、P3.4 T0 （計(jì)時(shí)器 0 外部輸入）P3.5 T1 （計(jì)時(shí)器 1 外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PRO：G當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位編 程節(jié)。在 FLASH期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸 出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6 。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定 時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)

29、一個(gè)ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOV，X MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。PSEN：外部程序?qū)は珊魵獾倪x通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周 期兩次 /PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H-FFFFH），不管 是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 注意加密方式 1時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高 電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存

30、儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 （VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性 :XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。有 余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器， 因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要 求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。整個(gè) PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合， 并保持 ALE管 腳處于低電平 10MS 來(lái)完成。在芯片擦操

31、作中， 代碼陣列全被寫(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ) 字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外， AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟 件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和 終端系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯 片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫(xiě)軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些 特殊功能存儲(chǔ)器呢，它們是 SCON，TCON，TMO，D SCON等，各代表什么含義呢？數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專(zhuān)用寄存器。有朋友這樣問(wèn)起過(guò)

32、 “為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器？而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器。”陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文實(shí)際上 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都 共同使用同一個(gè)尋址地址 99H。CPU 在讀時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫(xiě)時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄 存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒(méi)有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù) 據(jù)沒(méi)有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來(lái)，而造成的數(shù)據(jù)重疊問(wèn)題。發(fā)送器則不需要用到雙緩 沖，一般情況下我們?cè)趯?xiě)發(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操寄存器的 方法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè) 99H 地址用關(guān)鍵字定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作 了，如 SFR SBU

33、F = 0X99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱(chēng)。通常在標(biāo)準(zhǔn)的REG51.H 或AT89X51.H 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用 #INCLUDE引 用就可以了。SCON串 行口控制器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接 口控制寄存器。 SCON就 是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是 98H，是一個(gè) 可以偽尋址的寄存器， 作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。 51 芯片的串口 可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON寄 存器。它的各個(gè)位的具體定義如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 為串

34、行口工作模式設(shè)置位， 這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。 1.2.3 串行口工作模式設(shè)置。SM0 SM1模 式 功能 波特率0 0 0 同步移位寄存器 FOSC/120 1 1 8 位 UART 可變1 0 2 9 位 UART FOSC/32或 FOSC/641 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說(shuō)明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過(guò)，有興趣的朋友可以找相 關(guān)的硬件資料查看。表中的 FOSC代 表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(UNIVERSAL ASYNCHRONOUS REC)EI的VE英R文縮寫(xiě)。 SM2 在模式 2、模式 3 中為多處立 機(jī)通信使能位。在模

35、式 0 中要求該位為 0。REM為 允許接收位， REM置 1 時(shí)串口允許接收，置 0 時(shí)禁止接收。 REM是 由軟件 置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳 P3.0,P3.1 都和上位機(jī)相連， 在軟件上 有串口中斷處理程序， 當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來(lái)的控制字符產(chǎn) 生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開(kāi)始處加入 REM=0來(lái) 禁止接收， 在子程序結(jié)束處加入 REM=1再 次打開(kāi)串口接收。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入REM=0來(lái) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位 8，在模式 2 和3 是要發(fā)送的第 9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要 置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處

36、理機(jī)通信中這一位則用于表示是 地址幀還是數(shù)據(jù)幀。RB8 接收數(shù)據(jù)位 8，在模式 2 和 3 是已接收數(shù)據(jù)的第 9 位。該位可能是奇偶位， 地址/ 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在模式 0 中，RB8 為保留位沒(méi)有被使用。在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中 則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。 TI 置位后，申請(qǐng)中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送 下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下， TI 都必須由軟件來(lái)清除，也就是說(shuō)在數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 后，硬 件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)(如中斷打開(kāi))，這時(shí) TI=1 ，表明發(fā)送已完成， TI 不

37、會(huì)由硬件 清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式 0，接收第 8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路是在接收停止位的半中間，由硬件置位。 RI=1 ，申請(qǐng)中斷，要求 CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模 式1 中， SM2=1時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì) RI 置位。同樣 RI 也必須要靠 軟件清除。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個(gè)位的，1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位， 低位在 先，1 位停止位為 1。它的波特率是可變的， 其速率是取決于定時(shí)器 1 或定時(shí)器 2 的定 時(shí)值(溢出速率) 。AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列

38、芯片只有兩個(gè)定時(shí)器， 定時(shí)器 0 和 定時(shí)器 1，而定時(shí)器 2是 89C52 系列芯片才有的。波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特 率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。波特率是指穿行每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初 學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn) 9600 會(huì)被誤認(rèn)為每秒種可以傳送 9600 個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送 9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要 8 個(gè)二進(jìn)位， 如用串口模式 1 來(lái)傳輸那么加上起始位和停止位， 每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用 10 個(gè)二進(jìn)位， 9600 波特率用模式 1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是 960010=960 字節(jié)。

39、 51 芯片的串 口工作模式 0 波特率是固定的，為 FOSC/12，以一個(gè) 12M 的晶振來(lái)計(jì)算，那么它的波特 率可以達(dá)到 1M。模式 2 的波特率是固定在 FOSC/64 或 FOSC/32，具體用那一種就取決 于 PCON寄 存器中的 SMOD位，如 SMOD為 0，波特率為 FOCS/64,SMOD為 1 ，波特率為 FOCS/32。模式 1 和模式 3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器 1 或 2(52 芯片)的溢 出速率。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計(jì)算。波特率 =(2SMOD 32)定時(shí)器 1 溢出速率上式中如設(shè)置了 PCON寄

40、存器中的 SMOD位 為 1 時(shí)就可以把波特率提升 2 倍。通常 會(huì)使用定時(shí)器 1 工作在定時(shí)器工作模式 2 下，這時(shí)定時(shí)值中的 TL1 做為計(jì)數(shù)， TH1 做 為自動(dòng)重裝值 ，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后， TH1 的值會(huì)自動(dòng)裝載到 TL1，再次開(kāi) 始計(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)， 使得定時(shí)更準(zhǔn)確。 在這個(gè)定時(shí)模式 2 下定時(shí)器 1 溢 出速率的計(jì)算公式如下：溢出速率 =(計(jì)數(shù)速率) /(256 TH1) 上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在 51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng) 后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器 TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周 期，所以可以得知 51 芯片

41、的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的 1/12 ，一個(gè) 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為 1M。通常用 11.0592M 晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)誤 差的波特率，那么為何呢？計(jì)算一下就知道了。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 11.0592M 和 12M，定時(shí)器 1 為模式 2，SMOD設(shè) 為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。 代入公式：9600=(232) (11.0592M/12)/(256 -TH1)TH1=2509600=(232) (12M/12)/(256 -TH1)TH1249. 49上面的計(jì)算可以看出使用 12M 晶體的時(shí)候計(jì)算出來(lái)的 TH1

42、不為整數(shù)，而 TH1 的值 只能取整數(shù)，這樣它就會(huì)有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的 9600 波特率。當(dāng)然一定的 誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 11.0592M 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存 在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽 略不計(jì)。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 8DAC08322.3.1 引腳介紹DAC0832是 8分辨率的 D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。 這個(gè) DA芯片以其 價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn) 換器由 8位輸入鎖存器、 8位 DAC寄存器、 8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成

43、12。圖 2-2DAC0832 引腳D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線， TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于 90ns（ 否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出 錯(cuò)）；ILE ：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR：1 數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE 、CS、 WR1的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效；WR：2 DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有

44、效。由 WR、2 XFER的 邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時(shí)， DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并開(kāi)始 D/A 轉(zhuǎn)換。IOUT1 ：電流輸出端 1 ，其值隨 DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2 ：電流輸出端 2 ，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)；Rfb ：反饋信號(hào)輸入線，改變 Rfb 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿(mǎn)量程精度；Vcc：電源輸入端， Vcc的范圍為 +5V+15V；VREF：輸入線， VREF的范圍為 -10V +10V；AGN：D 模擬信號(hào)地；DGND：數(shù)字信號(hào)地。工作方式根據(jù)對(duì) DAC0832的數(shù)據(jù)

45、鎖存器和 DAC寄存器的不同的控制方式， DAC0832有三種工 作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式 13 。DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖 DAC0832是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，集 成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器， 使 DAC0832芯片具備雙緩沖、 單緩沖和直通三種輸入方式，亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路以便適于各種電路的需要 （如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 ） 。所以這個(gè)芯片的應(yīng) 用很廣泛 , 關(guān)于 DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖： D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。 若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放 的反

46、饋電阻可通過(guò) RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。 DAC0832邏輯輸入滿(mǎn)足 TTL電 平，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路連接。DAC0832引腳功能說(shuō)明：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線， TLL 電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。WR：1 為輸入寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。WR：2 為 DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線。Iout1: 電流輸出線。當(dāng)輸入全為 1 時(shí) Iout1 最大。Iout2: 電流輸出線。其值與 Iout1 之和為一常數(shù)。Rfb: 反饋信號(hào)輸入線 , 芯片內(nèi)部有反饋電阻 .Vcc: 電源輸

47、入線 （+5v+15v）Vref: 基準(zhǔn)電壓輸入線 （-10v+10v）AGND模: 擬地, 摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地 .DGND數(shù): 字地, 兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好 .采用 DAC0809實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換（一）D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832DAC083是2采用 CMOS工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器。如圖 4-82 所示，它由倒 T型 R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和參考 電壓 VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量一個(gè) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 個(gè)輸入端 （其中每個(gè)輸入端是 8 位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有28=256 個(gè)不同的

48、二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值， 而只能是 256 個(gè)可能D0D7：數(shù)字信號(hào)輸入端。ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR：1 寫(xiě)信號(hào) 1，低電平有效。XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR：2 寫(xiě)信號(hào) 2，低電平有效。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。 Vref ：（ -1010V）。Vcc：是源電壓（ +5+15V）。AGN：D 模擬地 NGND：數(shù)字地，可與 AGND接在一起使用。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放 大器

49、轉(zhuǎn)換成電壓。數(shù)/ 模（D/A）轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換器是接收數(shù)字量，輸出一個(gè)與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電流或 電壓信號(hào)的模擬量接口。D/A轉(zhuǎn)換器被廣泛用于計(jì)算機(jī)函數(shù)發(fā)生器、計(jì)算機(jī)圖形顯示以及與轉(zhuǎn)換器相配合的10陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文控制系統(tǒng)等。D/A轉(zhuǎn)換原理：數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)字權(quán)疊加而得的。 D/A 轉(zhuǎn)換器品種繁多， 有權(quán)電阻 DAC、變形權(quán)電阻 DAC、T 型電阻 DAC、電容型 DAC和權(quán)電流 DAC等。為了掌握 數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換原理，必須先了解運(yùn)算放大器和電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)的工作原理和特點(diǎn)。2.3.4 輸出形式圖 2-3 單極輸出圖如圖 2-3 所示 , 由運(yùn)算放大器進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，使用內(nèi)部反饋電阻。

50、輸出電壓 值 VOUT和輸入數(shù)字量 D 的關(guān)系：VOUT = VREF D/256D = 0 255， VOUT = 0 VREF 255/256VREF = 5V， VOUT =05*+(255/256)VVREF = +5V， VOUT = 0 ( 255/256)V 雙極性輸出 如果實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中要求輸出模擬電壓為雙極性，則需要用轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)。圖 1-4 雙極輸出圖其中 R2=R3=2R1VOUT= 2VREFD/256 VREF= (2D/2561)VREFD = 0 ， VOUT= VREF；D = 128 ， VOUT= 0；D = 255， VOUT= (2255/2561)VR

51、EF= (254/255)VREF 即：輸入數(shù)字為 0255 時(shí)，輸出電壓在 VREF + VREF之間變化運(yùn)算放大器11亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)算放大器有三個(gè)特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達(dá) 10 萬(wàn)。在正常情況下，運(yùn)算放 大器所需要的輸入電壓非常小。輸入阻抗非常大。運(yùn)算放大器工作時(shí)，輸入端相當(dāng)于一個(gè)很小的電壓加在一個(gè)很 大的輸入阻抗上，所需要的輸入電流也極小。輸出阻抗很小，所以，它的驅(qū)動(dòng)能力非常大。由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的 D/A 轉(zhuǎn)換器利用運(yùn)算放大器各輸入電流相加的原理，可以構(gòu)成如圖 10.7 所示的、由電阻網(wǎng)絡(luò) 和運(yùn)算放大器組成的、 最簡(jiǎn)單的 4位 D/A轉(zhuǎn)換

52、器。圖中，V0是一個(gè)有足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)電 源。運(yùn)算放大器輸入端的各支路對(duì)應(yīng)待轉(zhuǎn)換資料的 D0，D1， Dn-1 位。各輸入支路 中的開(kāi)關(guān)由對(duì)應(yīng)的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為 1，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合；如果數(shù)字為 0， 則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。各輸入支路中的電阻分別為 R，2R， 4R，這些電阻稱(chēng)為權(quán)電阻。假設(shè)，輸入端有 4條支路。 4條支路的開(kāi)關(guān)從全部斷開(kāi)到全部閉合，運(yùn)算放大器可 以得到 16 種不同的電流輸入。這就是說(shuō)，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)，可以把 0000B1111B轉(zhuǎn)換成 大小不等的電流，從而可以在運(yùn)算放大器的輸出端得到相應(yīng)大小不同的電壓。如果數(shù)字 0000B每次增 1，一直變化到 1111B，那么，在輸出端

53、就可得到一個(gè) 0V0 電壓幅度的階 梯波形。采用 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的 D/A轉(zhuǎn)換器從圖 10.7 可以看出，在 D/A轉(zhuǎn)換中采用獨(dú)立的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于一個(gè) 8 位二進(jìn)制 數(shù)的 D/A轉(zhuǎn)換器，就需要 R，2R，4R，128R共 8個(gè)不等的電阻，最大電阻阻值是最 小電阻阻值的 128 倍，而且對(duì)這些電阻的精度要求比較高。如果這樣的話(huà)，從工藝上實(shí) 現(xiàn)起來(lái)是很困難的。所以， n 個(gè)如此獨(dú)立輸入支路的方案是不實(shí)用的。在 DAC電路結(jié)構(gòu)中，最簡(jiǎn)單而實(shí)用的是采用 T型電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替單一的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)， 整個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)只需要 R 和 2R兩種電阻。在集成電路中，由于所有的組件都做在同一芯 片上，電阻的特性可以做得很

54、相近，而且精度與誤差問(wèn)題也可以得到解決。采用 T型電阻網(wǎng)絡(luò)的 4位 D/A轉(zhuǎn)換器。 4位元待轉(zhuǎn)換資料分別控制 4條支路中開(kāi)關(guān) 的倒向。在每一條支路中，如果（資料為 0）開(kāi)頭倒向左邊，支路中的電阻就接到地； 如果（資料為 1）開(kāi)關(guān)倒向右邊，電阻就接到虛地。所以，不管開(kāi)關(guān)倒向哪一邊，都可 以認(rèn)為是接“地”。不過(guò)，只有開(kāi)關(guān)倒向右邊時(shí)，才能給運(yùn)算放大器輸入端提供電流。T 型電阻網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn) A的左邊為兩個(gè) 2R的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻為 R，節(jié)點(diǎn) B的 左邊也是兩個(gè) 2R 的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻也是 R，依次類(lèi)推，最后在 D點(diǎn)等效 于一個(gè)數(shù)值為 R的電阻接在參考電壓 VREF上。這樣，就很容易算出，

55、 C點(diǎn)、B 點(diǎn)、A點(diǎn) 的電位分別為 -VREF/2，-VREF/4，-VREF/8。在清楚了電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和各節(jié)點(diǎn)的電壓之后，再來(lái)分析一下各支路的電流值。開(kāi) 關(guān)S3，S2，S1，S0分別代表對(duì)應(yīng)的 1位二進(jìn)制數(shù)。任一資料位 Di=1，表示開(kāi)關(guān) Si 倒向 右邊； Di=0，表示開(kāi)關(guān) Si 倒向左邊，接虛地，無(wú)電流。當(dāng)右邊第一條支路的開(kāi)關(guān)S3倒向右邊時(shí)，運(yùn)算放大器得到的輸入電流為 -VREF/（2R），同理，開(kāi)關(guān) S2，S1，S0 倒向 右邊時(shí)，輸入電流分別為 -VREF/（4R）， -VREF/（8R）， -VREF/（16R）。如果一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 1111，運(yùn)算放大器的輸入電流I=-VRE

56、F（/ 2R）-VREF（/ 4R）-VREF（/ 8R）-VREF（/ 16R）=-VREF（/ 2R）（20+2-1+2-2+2-3 ）12陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文=-VREF/（24R）（ 23+22+21+20）相應(yīng)的輸出電壓V0=IR0=-VREFR（0 24R）（ 23+22+21+20）將資料推廣到 n 位，輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間關(guān)系的一般表達(dá)式為：V0=-VREFR0（/ 2nR）（ Dn-12n-1+Dn-2 2n- 2+D121+D02）0 （Di=1 或 0） 上式表明，輸出電壓 V0 除了和待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)成比例外，還和網(wǎng)絡(luò)電阻 R、運(yùn) 算放大器反饋電阻 R0、標(biāo)準(zhǔn)參考

57、電壓 VREF有關(guān)15 。D/A 轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)在實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換時(shí)，主要涉及下面幾個(gè)性能參數(shù)。分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位增 1 所引起的輸出 電壓增量）和最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量所有有效位全為 1 時(shí)的輸出電壓） 之比， 例如， 4 位 DAC的分辨率為 1/（24-1）=1/15=6.67% （分辨率也常用百分比來(lái)表示）。 8 位 DAC的分辨率為 1/255=0.39%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。轉(zhuǎn)換精度。如果不考慮 D/A 轉(zhuǎn)換的誤差， DAC轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小， 因此， 要獲得高精度的 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的 DAC。

58、D/A 轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。 DAC的轉(zhuǎn)換誤差 包括零點(diǎn)誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分先性誤差等綜合誤差。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿(mǎn)刻度數(shù)字量輸入時(shí)，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標(biāo)準(zhǔn) 電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿(mǎn)刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻 度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了DAC的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性 16 。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿(mǎn)量程輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示， 有時(shí)也用最 低位（ LSB）的幾分之幾表示。例如，設(shè) VFS為滿(mǎn)量程輸出電壓 5V，n位 DAC的相對(duì)轉(zhuǎn)

59、 換精度為 0.1%，則最大誤差為 0.1%VFS=5mV；若相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為 1/2LSB， LSB=1/2n，則最大相對(duì)誤差為 1/2n+1VFS。非線性誤差。 D/A 轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線 之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一般要求非 線性誤差不大于 1/2LSB。轉(zhuǎn)換速率 / 建立時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)間來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字 量為滿(mǎn)刻度值（各位全為 1）時(shí)，DAC的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值（比如， 90%滿(mǎn)量 程或 1/2LSB 滿(mǎn)量程）時(shí)所需要的時(shí)間。建立時(shí)間是 D/A 轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，

60、建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率 越低。不同型號(hào) DAC的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。 若輸出形式是電流， DAC的建立時(shí)間是很短的；若輸出形式是電壓， DAC的建立時(shí)間主要是輸出運(yùn)算放大器 所需要的響應(yīng)時(shí)間。DAC0832 及接口電路DAC0832是美國(guó)資料公司研制的 8 位雙緩沖器 D/A轉(zhuǎn)換器。芯片內(nèi)帶有資料鎖存器， 可與數(shù)據(jù)總線直接相連。電路有極好的溫度跟隨性，使用了COMS電流開(kāi)關(guān)和控制邏輯而獲得低功耗、低輸出的泄漏電流誤差。芯片采用 R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)參考電流進(jìn)行 分流完成 D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果以一組差動(dòng)電流 IOUT1和 IOUT2輸出。13亮度可調(diào)的 LED 驅(qū)動(dòng)電路D