單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項目化教程課件-項目8 簡易信號發(fā)生器的設(shè)計

*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組項目8簡易函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計【項目導(dǎo)入】當(dāng)單片機(jī)去控制一些終端部件時，往往需要模擬信號。單片機(jī)本身只提供數(shù)字信號（二進(jìn)制），此時單片機(jī)就需要連接D/A轉(zhuǎn)換器才能將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，這樣才能控制終端部件。單片機(jī)的D/A應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域十分廣泛，在此我們通過設(shè)計一個函數(shù)信號發(fā)生器來講述單片機(jī)的D/A轉(zhuǎn)換的原理和接口電路以及編程方法，讓同學(xué)們掌握D/A轉(zhuǎn)換在單片機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組【項目目標(biāo)】1.知識目標(biāo)（1）掌握D/A轉(zhuǎn)換的基本知識；（2）理解DAC0832的工作原理與轉(zhuǎn)換性能；（3）掌握單片機(jī)與DAC0832的接口技術(shù)。2.能力目標(biāo)（1）掌握單片機(jī)對D/A轉(zhuǎn)換器的控制方法；（2）能熟練DAC0832的工作原理和使用。3.態(tài)度目標(biāo)（1）具有認(rèn)真學(xué)習(xí)的態(tài)度和主動學(xué)習(xí)的積極性的；（2）養(yǎng)成良好的設(shè)計習(xí)慣。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.1項目描述函數(shù)信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。本項目通過使用單片機(jī)設(shè)計一個信號發(fā)生器，可產(chǎn)生方波，鋸齒波和正弦波。在系統(tǒng)中采用單片機(jī)和DAC0832連接組成硬件電路，通過軟件編程來實現(xiàn)波的處理。本項目設(shè)計的發(fā)生器能根據(jù)需要，通過按鍵控制選擇三角波、方波、鋸齒波和正弦波等4種波形。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.2項目目的與要求本項目的目的就是搭建一個單片機(jī)與DAC0832連接的電路，通過編程來實現(xiàn)產(chǎn)生三角波、方波、鋸齒波和正弦波等4種波形，并顯示到示波器上，項目在實施過程中需要解決的一下關(guān)鍵問題（1）單片機(jī)與DAC0832連接電路；（2）DAC0832的工作原理與轉(zhuǎn)換性能；（3）按鍵控制產(chǎn)生四種不同波形的編程。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.3項目支撐知識鏈接一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理是：通過電阻網(wǎng)絡(luò)將n位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)換成模擬量，經(jīng)運算器相加，從而得到一個與n位數(shù)字量成比例的模擬量。由于計算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)（數(shù)字量）是斷續(xù)的，D/A轉(zhuǎn)換過程也需要一定時間，因此轉(zhuǎn)換輸出的模擬量也是不連續(xù)的。

8.3.1D/A轉(zhuǎn)換器單片機(jī)控制對象D/A轉(zhuǎn)換*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組

圖8-2D/A轉(zhuǎn)換的原理D/A轉(zhuǎn)換的原理：*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組D/A轉(zhuǎn)換器的分類

按數(shù)據(jù)輸入方式，D/A轉(zhuǎn)換器有串行和并行兩類，輸入數(shù)據(jù)包括8位、10位、12位、14位、16位等多種規(guī)格，輸入數(shù)據(jù)位數(shù)越多，分辨率也越高；按輸出模擬量的性質(zhì)，D/A轉(zhuǎn)換器分電流輸出型和電壓輸出型兩種。電壓輸出又有單極性和雙極性之分，如0～+5V、0～+10V、±2.5V、±5V、±10V等，可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組D/A轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)

1.分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率指單位數(shù)字量變化引起的模擬量輸出的變化。通常定義刻度值與2n之比（n為二進(jìn)制位數(shù)）。二進(jìn)制位越多，分辨率越高。例如，若滿量程為5V，根據(jù)分辨率定義則分辨率為5V/2n。設(shè)8位D/A轉(zhuǎn)換，即n=8，分辨率為5V/28=19.5mV，即二進(jìn)制變化一位可引起模擬電壓變化19.5mV，該值占滿量程的0.195%，常用符號1LSB表示。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組D/A轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)

2.線性度線性度也稱為非線性誤差，通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換的線性度。一般情況下，我們把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分比定義為非線性誤差。3.精度轉(zhuǎn)換精度是以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出的。在D/A轉(zhuǎn)換過程中，影響轉(zhuǎn)換精度的主要因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差。4.建立時間建立時間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生變化后，輸出模擬量達(dá)到了穩(wěn)定數(shù)值（即進(jìn)入規(guī)定的精度范圍內(nèi)）所需要的時間。建立時間指標(biāo)是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個重要指標(biāo)。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組

8.3.2DAC0832芯片及其單片機(jī)接口

DAC0832是并行輸入、電流輸出型的通用8位D/A轉(zhuǎn)換器，它具有與微機(jī)連接簡便、控制方便、價格低廉等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于微機(jī)系統(tǒng)中。

一、DAC0832介紹

*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組1．結(jié)構(gòu)輸出為模擬電流，可轉(zhuǎn)換為電壓。LE1或LE2=1，當(dāng)前寄存器的輸出跟隨輸入LE1或LE2=0，鎖存數(shù)據(jù)Iout1Iout2DI0DI78位寄存器DAC8位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入鎖存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1引腳功能ILE：輸入鎖存允許信號，高電平有效。：輸入寄存器選擇信號，低電平有效。：寫信號1，輸入寄存器寫選通信號，低電平有效。輸入鎖存器的鎖存信號LE1由ILE、、的邏輯組合產(chǎn)生。當(dāng)ILE為高電平，和，同時為低電平時，LE1為正脈沖，輸入寄存器的輸出隨輸入變化；當(dāng)變成高電平時，LE1變?yōu)榈碗娖?，輸入?shù)據(jù)被鎖存在輸入鎖存器中。：寫信號2，即DAC寄存器的寫選通信號，低電平有效。：數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效。DAC寄存器的鎖存信號LE2由、的邏輯組合產(chǎn)生，當(dāng)和同時為低電平時，LE2為1，DAC寄存器的輸出隨它的輸入而變化；當(dāng)變?yōu)楦唠娖胶螅琇E2變?yōu)?，LE2的負(fù)跳變將輸入寄存器中的數(shù)據(jù)鎖存在DAC寄存器中。引腳功能DI0～DI7：8位數(shù)字輸入端，，DI0為最低端，DI7為最高端。Iout1：DAC電流輸出端1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為1的各位輸出電流之和。DAC寄存器內(nèi)容隨輸入端代碼線性變化，DAC寄存器的內(nèi)容為全1時，Iout1最大；全為0時，Iout1最小。Iout2：電流輸出端2。Iout2等于常數(shù)減去Iout1，即Iout1+Iout2=常數(shù)。此常數(shù)對應(yīng)于一固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。RFB：反饋電阻。反饋電阻被制作在芯片內(nèi)部，用作DAC提供輸出電壓的運放的反饋電阻。Vref：基準(zhǔn)電源輸入端。Vref一般在-10～10V范圍內(nèi)，由外電路提供。Vcc：邏輯電源輸入端，取值范圍為+5～+15V，+15V最佳。AGND：模擬地，為芯片模擬電路接地點。DGND，數(shù)字地，為芯片數(shù)字電路接地點。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組ILE，WR1：控制輸入寄存器

ILE=1，WR1=0時：直通

ILE=1，WR1=1時：鎖存DAC0832可以有三種工作形式：直通、單級緩沖、雙緩沖。XFER，WR2：控制DAC寄存器

XFER=0，WR2=0時：直通

XFER=1orWR2=1時：鎖存3．DAC0832與MCS－51的連接

DI0DI78位寄存器DAC8位D/A轉(zhuǎn)換器8位輸入鎖存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組（1）直通方式直通方式是指兩個數(shù)據(jù)輸入寄存器都處于開通狀態(tài)，即所有有關(guān)的控制信號都處于有效，輸入寄存器和DAC寄存器中的數(shù)據(jù)隨DI0～DI7的變化而變化，也就是說，輸入的數(shù)據(jù)會被直接轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。這種方式在微機(jī)控制系統(tǒng)中很少采用。

二、DAC0832工作方式*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組(2)單緩沖方式

單緩沖方式是指兩個數(shù)據(jù)輸入寄存器中只有一個處于受控選通狀態(tài)，而另一個則處于常通狀態(tài)，或者雖然是兩級緩沖，但將兩個寄存器的控制信號連在一起，一次同時選通。單緩沖方式適用于單路D/A轉(zhuǎn)換或多路D/A轉(zhuǎn)換而不必同步輸出的系統(tǒng)中。

8.2.28位通用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組單緩沖方式的接口——兩個輸入寄存器同時受控的方式“同時”做何解釋?+5VAVout8051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.7WRDAC0832VccILEVrefRfbIout1Iout2AGNDDGNDDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7CSXFERWR1WR2+*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組輸入寄存器（1）地址：7FF8H輸入寄存器（2）地址：7FF9HDAC寄存器地址：7FFAH雙緩沖方式*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.4項目實施由于輸出信號的波形頻率較低，可選用AT89C51作為控制器，用查表法完成波形數(shù)據(jù)的輸出，再用D/A轉(zhuǎn)換器輸出規(guī)定的波形信號。本項目有電源電路、單片機(jī)主控電路、按鍵控制電路和信號輸出電路四部分組成，系統(tǒng)框圖如圖*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.4.2軟件設(shè)計按鍵控制：根據(jù)設(shè)計要求和按鍵控制輸出波形的變化，程序應(yīng)設(shè)計不斷查詢檢測按鍵的狀態(tài)，以便輸出對應(yīng)的波形。對于要通過一個按鍵來識別每種不同的功能，我們給每個不同的功能模塊設(shè)置ID號進(jìn)行標(biāo)識，這樣每按一次鍵，ID的值就不一樣。因此，我們不同的波形用flag標(biāo)識：當(dāng)flag=0時，輸出三角波；當(dāng)flag=1時，輸出方波；當(dāng)flag=2時，輸出鋸齒波；當(dāng)flag=3時，輸出正弦波。我們規(guī)定，每次按下K鍵，分別給出不同的flag值就能實現(xiàn)任務(wù)。*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.4.2軟件設(shè)計輸出模擬電壓：由于DAC0832和單片機(jī)AT89C51采用直通方式，因此只要往數(shù)據(jù)輸入端送數(shù)字量，從后面的運放輸出端就可得到模擬電壓。輸出的電壓根據(jù)公式計算到。由此在需要輸出某個電壓值時，求出對應(yīng)的數(shù)字值，通過P2口輸出，就可以得到所需的模擬電壓。為了方便編程我們將DAC0832的輸出封裝為一個子函數(shù)，用形參表示待輸出的數(shù)值。程序中用4個子函數(shù)分別表示產(chǎn)生不同的波形，程序設(shè)計的流程圖如圖*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組源程序見課本*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組8.4.3仿真調(diào)試

一、使用KeilC51編譯源程序*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組二、使用Proteus系統(tǒng)仿真軟件調(diào)試

*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組二、使用Proteus系統(tǒng)仿真軟件調(diào)試

產(chǎn)生的三角波產(chǎn)生的三角波*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組二、使用Proteus系統(tǒng)仿真軟件調(diào)試

產(chǎn)生的方波*開封大學(xué)單片機(jī)課件制作組二、使用Proteus