第7章 DA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

第7章DA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用知識與技能目標(biāo)知識目標(biāo)：

1、掌握D/A轉(zhuǎn)換的基本知識。2、掌握DAC0832與單片機(jī)的硬件連接。3、掌握D/A轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)方法。技能目標(biāo)：1、掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的程序調(diào)試方法。2、掌握D/A轉(zhuǎn)換器硬件電路調(diào)試方法。

2工作任務(wù)

本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生器，要求能輸出0.1~50Hz的正弦波、三角波和方波信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。3D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的器件叫數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）。

47.1.1D/A轉(zhuǎn)換的工作原理在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)首先將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號傳遞到數(shù)據(jù)寄存器中，然后由模擬電子開關(guān)把數(shù)字信號的高低電平變成對應(yīng)的電子開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字量某位為“1”時(shí)，電子開關(guān)將基準(zhǔn)電壓VR接入電阻網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)支路，若為“0”時(shí)，則將該支路接地。各支路的電流信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)后，由運(yùn)算放大器求和并轉(zhuǎn)換成電壓信號，作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)57.1.1D/A轉(zhuǎn)換的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理-是用電阻解碼網(wǎng)絡(luò)將N位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)換成模擬量并求和。I2I22I23I24I25I26I27I2867.1.1D/A轉(zhuǎn)換的工作原理7由于數(shù)字量的不連續(xù)性，同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換及單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)都需要一定的時(shí)間，因此輸出的模擬量隨時(shí)間的變化曲線是呈階梯狀不連續(xù)的曲線。Δt越小輸出越光滑，可以近似認(rèn)為是連續(xù)的。7.1.1D/A轉(zhuǎn)換的工作原理87.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對于5V的滿量程，采用８位的DAC時(shí)，分辨率為5V/256＝19.5mV；當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/4096＝1.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。9建立時(shí)間

從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換為模擬量輸出所需的時(shí)間，反映D/A轉(zhuǎn)換器的速度快慢程度，一般電流型D/A轉(zhuǎn)換器比電壓型D/A轉(zhuǎn)換器快。轉(zhuǎn)換精度

在D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，輸入數(shù)字量對應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差，主要包括失調(diào)誤差、增益誤差和非線性誤差等。7.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)107.28位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832是使用非常普遍的８位D/A轉(zhuǎn)換器，可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。DAC0832主要特性：分辨率８位；電流建立時(shí)間１μS；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；邏輯電平輸入與TTL電平兼容；單一電源供電（＋5V～＋15V）；低功耗，20mＷ。11DAC0832由8位輸入寄存器，8位D/A轉(zhuǎn)換器及邏輯控制單元組成。D/A轉(zhuǎn)換器采用28=256級的倒T型R－2R電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)電壓Vref,D/A轉(zhuǎn)換器輸出為電流，經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓輸出。7.2.1

DAC0832引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)12輸入允許數(shù)據(jù)傳送控制輸入寄存器D/A轉(zhuǎn)換電路&&&LE23AGND10DGNDRfLE1圖1DAC0832電路結(jié)構(gòu)圖20Vcc

812119VREFIOUT2IOUT1RfbCS

1WR1

2WR2

17XFER18數(shù)據(jù)輸入端ILE19

片選寫入基準(zhǔn)電壓D713D614D515D416D34D25D16D07輸出電流8位數(shù)據(jù)寄存器DAC寄存器137.2.2DAC0832的工作方式直通方式將輸入鎖存器和DAC寄存器的有關(guān)控制信號都置為有效狀態(tài)，當(dāng)數(shù)字量送到數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，不經(jīng)過任何緩沖立即進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種方式一般不用于單片機(jī)控制系統(tǒng)。單緩沖器方式將輸入鎖存器或DAC寄存器的任意一個(gè)置于直通方式而另一個(gè)受CPU控制，當(dāng)數(shù)字量送入時(shí)只經(jīng)過一級緩沖就進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種方式適用于只有一路模擬量輸出或有幾路模擬量輸出但不要求同步的系統(tǒng)。雙緩沖方式是輸入鎖存器和DAC寄存器分別受CPU控制，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換分兩步完成。當(dāng)數(shù)字量被寫入輸入鎖存器后并不馬上進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，當(dāng)CPU向DAC寄存器發(fā)出有效控制信號時(shí)，才將數(shù)據(jù)送入DAC寄存器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這種工作方式適用于多路模擬量同步輸出的場合。147.2.3DAC0832的輸出方式

單極性輸出雙極性輸出圖中若參考電壓VREF為5V，則單極性輸出電路中電壓Vout=0~+5V；雙極性輸出電路中電壓VA=0~+5V，Vout=5~+5V。15

7.3.1DAC0832與單片機(jī)的接口—單緩沖允許鎖存信號ILE接+5V，片選信號與單片機(jī)地址線P2.7相連，數(shù)據(jù)傳送控制信號和寫信號接地，寫信號與單片機(jī)的寫信號線相連，輸入鎖存器地址為7FFFH，DAC寄存器處于直通方式，當(dāng)CPU對DAC0832執(zhí)行一次寫操作，就控制輸入鎖存器打開，將數(shù)據(jù)送入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

例1：利用圖示電路，在Vout端產(chǎn)生鋸齒波信號輸出。START：MOVDPTR，#7FFFH ；送DAC0832的地址MOVA，#00H ；裝入待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)LOOP：MOVX@DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換INCAAJMPLOOP問題：如何實(shí)現(xiàn)方波信號輸出。16

7.3.2DAC0832與單片機(jī)的接口—雙緩沖允許鎖存信號ILE接+5V，兩個(gè)寫信號和都接到單片機(jī)的寫信號線上，數(shù)據(jù)傳送控制信號都接到單片機(jī)P2.7上，用于控制同步轉(zhuǎn)換輸出，分別接單片機(jī)P2.5和P2.6上，實(shí)現(xiàn)輸入鎖存控制，DAC0832輸入鎖存器的地址分別為DFFFH和BFFFH，DAC寄存器具有相同的地址7FFFH。17例2利用圖示電路實(shí)現(xiàn)兩路模擬量同步輸出。參考程序如下：MOV DPTR，#0DFFFH；送DAC0832（1）的地址MOV A，#data1 MOVX @DPTR，A；將data1送DAC0832（1）的輸入鎖存器MOV DPTR，#0BFFFH；送DAC0832（2）的地址MOV A，#data2 MOVX @DPTR，A ；將data 2送DAC0832（2）的輸入鎖存器MOV DPTR，#7FFFH ；送兩片DAC0832的DAC寄存器地址MOVX @DPTR，A ；進(jìn)行兩路數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換輸出

DAC0832與單片機(jī)的接口—雙緩沖187.4.1工作任務(wù)本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生器，要求能輸出0.1~50Hz的正弦波、三角波和方波信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。19低頻信號發(fā)生器設(shè)計(jì)與制作

由于輸出信號的頻率較低，可使用單片機(jī)作為控制器產(chǎn)生各種波形，對于方波，可以直接由51單片機(jī)的端口輸出，而正弦波和三角波可以由DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。20

7.4.2低頻信號發(fā)生器硬件制作

217.4.3低頻信號發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)低頻信號發(fā)生器由主程序、定時(shí)器中斷子程序等部分組成。主程序主要包括初始化程序、鍵盤掃描程序、及頻率值修改程序組成。初始化程序進(jìn)行定時(shí)器初值、中斷允許等設(shè)置。鍵盤掃描程序主要對三個(gè)按鍵進(jìn)行檢測，以判斷是否要進(jìn)行頻率調(diào)整及波形調(diào)整。頻率值修改程序主要進(jìn)行定時(shí)器定時(shí)值的加減操作。

定時(shí)器中斷子程序主要進(jìn)行方波輸出及正弦波、三角波的輸出。方波的輸出可以直接在定時(shí)溢出中斷時(shí)，對輸出端口取反即可實(shí)現(xiàn)。對正弦波和三角波，為了避免復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)算法，設(shè)計(jì)了正弦波和三角波的波形數(shù)據(jù)表，將一個(gè)周期的正弦波或三角波平均分解為256個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在進(jìn)行波形輸出時(shí)，將波形數(shù)據(jù)表中的值依次查出，并送入DAC0832中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到正弦波或三角波。

22流程圖23參考程序

SINP DATA 30H ；正弦波查表指針 TH0D DATA 32H ；定時(shí)器初值存放（高8位） TL0D DATA 33H ；定時(shí)器初值存放（低8位） ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0060HSTART：MOVSP，#70H MOVSINP，#00H MOV TMOD，#11H MOV TH0D，#0FFH；定時(shí)器初值，決定波形頻率

MOV TL0D，#00H MOV TH0，TH0D MOV TL0，TL0D

24 MOV DPTR，#LIST ；設(shè)置表首初值，即輸出正弦波

SETB ET0 ；開中斷

SETB EA SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器MAIN：JNB P2.0，INCKEY ；按鍵掃描

JNB P2.1，DECKEY JB P2.2，L1 MOVDPTR，#LIST1 ；將表首改為三角波碼表首地址

SJMP L2L1： MOV DPTR，#LIST ；將表首改為正弦波碼表首地址L2： ORL PCON，#01H LJMP MAIN25INCKEY：LCALLDL10MS ；按鍵功能，輸出頻率增大

JB P2.0，MAIN ；等待按鍵松開 MOV A，TL0D CJNE A，#0FFH，INC1 LJMP MAININC1： INC TL0D LJMP MAINDECKEY：LCALLDL10MS ；按鍵功能，輸出頻率減小 JB P2.1，MAIN MOV A，TL0D CJNE A，#00H，DEC1 LJMP MAINDEC1： DEC TL0D ；定時(shí)器初值減小

LJMP MAININTT0：PUSH ACC ；定時(shí)器T0中斷程序 CPL P2.7 ；方波輸出，作輔助功能用26 MOV TH0，TH0D MOV TL0，TL0D MOV A，SINP MOVC A，@A+DPTR MOV P1，A；正弦波從P1口輸出

INC SINP POP ACC RETIDL512：MOV R7，#0F