信号发生器与数字电压表的设计

7.1简易波形信号发生器的设计7.2数字电压表的设计项目7信号发生器与数字电压表的设计本章导读了解ADC和DAC的作用及主要性能指标掌握DAC0832和ADC0808/0809的结构、工作原理和使用方法。理解简易波形信号发生器和数字电压表的硬件及软件设计方法及工作过程。单片机和被控实体间的接口示意图举例1：温度测控系统放大A/D单片机打印输出光隔驱动电热箱温度传感器模数设定值控制信号电热丝电源双向可控硅调节电压控温~举例2：速度测控系统A/DPIDD/A＝/MG转速给定P0P1纸长拨盘给定转速反馈纸长反馈脉冲发生器测量转速电机可控硅触发器单片机系统+-单片机控制系统原理框图举例3：红外线自动门控制系统原理图BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u电压检测模块电机温度检测P3.3/INT1手动/自动切换手动关按钮P3.4P3.02.2uDSG红外传感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程开关2行程开关3手动开按钮光电隔离电机正转继电器J1电机过热报警转速检测模块A/D转换蜂鸣报警行程开关4行程开关1电压过高报警速度异常报警速度变换继电器J3电机反转继电器J2ADC0809P1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K×6LEDAT89C51VCC红外线传感器集成芯片BISS0001特点（1）用CMOS工艺，功耗低。（2）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。（3）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。（4）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范围宽。（5）内置参考电源。（6）工作电压范围宽（3V～5V）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT7.1简易波形信号发生器的设计7.1.1认识D/A转换芯片DAC08327.1.2硬件电路与软件程序设计7.1.3调试与仿真运行D/A（DigittoAnalog）转换器：为把数字量转换成模拟量，在D/A转换芯片中要有解码网络：①权电阻网络；②倒T型电阻网络。7.1.1认识D/A转换芯片DAC08321.D/A转换1）D/A转换概述T型电阻网络型D/A转换器：D/A转换器的原理：把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立：I0=20I1=21I2=22I3=23n位数字量与模拟量的关系式：VO=—VREF×（数字码/2n）(VREF——参考电压)2）D/A输出形式：①电压；②电流运算放大器电压。注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压(VREF)极性相反。3）注意区分D/A内部是否带有锁存器：与P1、P2接口：不需加锁存器，直接接口。无锁存器与P0接口：因P0的特殊功能，需加锁存器。D/A内如：DAC800、AD7520、AD7521等。有锁存器：最好与P0直接接口。如：DAC0832、DAC1230等。4）性能指标：1、分辨率（Resolution）是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决于输入数字量的二进制位数。2、建立时间（EstablishingTime）是描述D/A转换速度的快慢。3、转换精度（ConversionAccuracy）指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。4、偏移量误差（OffsetError）偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。5、线性度（Linearity）线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。主要技术指标：1、分辨率（Resolution）：对D/A转换器输入量变化敏感程度进行描述，与输入数字量的位数有关。•若数字量的位数为n，则分辨率为2－n。•数字量位数越多，分辨率就越高。•应用时，应根据分辨率的需要选定转换器的位数。注：BCD码输出的A/D转换器用位数表示分辨率。2、建立时间（EstablishingTime）：（转换速度）描述D/A转换速度的快慢。•输出形式为电流的转换器比电压的建立时间短。•D/A转换速度远高于A/D转换。3、转换精度（ConversionAccuracy）：指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接近程度。一、内部结构：DAC0832：8位双缓冲器结构的D/A转换器。2D/A转换芯片DAC0832DI0～7：转换数据输入（8位）；CS：片选信号（输入）；ILE：数据锁存允许信号（输入）；XFER：数据传送控制信号（输入）；WR1：第一写信号（输入），与ILE共同控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；WR2：第2写信号（输入），与XFER共同控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；LE1（LE2）=0：锁存；1：直通。12345678910DAC083224232221201918171615CSWR1AGNDDI3DI2DI1(LSB)DI0VREFRfbDGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7(MSB)IOUT2IOUT1(a)DAC0832引脚(b)DAC0832内部结构图7-1DAC0832内部结构作引脚图八位D/A寄存器八位D/A转换器八位输入寄存器&&&VREFIOUT2IOUT1RfbVCCAGNDDGNDDI0DI7CSILEWR1WR2XFERLE1LE23.DAC0832的输出连接方式lDAC用作单极性电压输出；lDAC用作双极性电压输出；DAC0832根据应用场合不同，电压输出常采用单极性和双极性两种连接方式。（1）单极性输出方式_+IOUT2IOUT1RfbVREF0832A1由于DAC0832是8位的D/A转换器，所以其输出电压VO与输入的数字量（用D表示）的关系为：VO=－VREF×D/256显然VO与输入数字量D成正比，且极性与基准电压源VREF相反。由运算放大器进行电流→电压转换，使用内部反馈电阻。接线方式如图7-2所示（2）双极性DAC的接法_+IOUT2IOUT1RfbVREF0832_+D0~D7VREFR2R2RA1A2VO1ΣI1I2I3图7-3DAC0832双极性电压输出方式输出电压VO与输入的数字量D的关系为：VO=(D－128)VREF/128双极性DAC的另一种接法:4、DAC0832的工作方式有3种工作方法：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1）直通方式：输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出；WR1和WR2同时进行，并且不与CPU相接。特点：转换速度快。80C51CSDAC0832WR1P1XFER8WR2D7～0+-VOMOVP1，A直通方式不能直接与系统的数据总线相连，需另加锁存器，故较少应用。举例：例：D/A转换程序，用DAC0832输出0～+5V锯齿波，电路为直通方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为100ms。100msDACS：MOVDPTR，#00FEH；0832I/O地址MOVA，#00H；开始输出0VDACL：MOVX@DPTR，A；D/A转换INCA；升压ACALLDELAY；延时100ms/256：决定锯齿波的周期AJMPDACL；连续输出DELAY：…；延时子程序2）单缓冲方式：输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出，输入数据在控制信号作用下，直接进入DAC寄存器中；WR1和WR2同时进行，并且与CPU的WR相连，CPU对0832执行一次写操作，将数据直接写入DAC寄存器中。适用：只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出。80C51CSDAC0832WR1P1XFERWR2D7～0+-VO74LS373P0WRALE80C51GA7～0A08单缓冲方式下的DAC0832图7-4DAC0832单缓冲方式接口一举例：例：D/A转换程序，用DAC0832输出0～+5V三角波，电路为单缓冲方式。设VREF=-5V，若DAC0832地址为00FEH，脉冲周期要求为（100ms）。100msORG2000HSTAR：MOVDPTR，#00F8H；DAC0832地址MOVA，#00H；开始输出0VUP：MOVX@DPTR，A；D/A转换ACALLDELAYINCA；产生上升段电压JNZUP；上升到A中为FFH（A≠0跳）DOWN：DECA；产生下降段电压MOVX@DPTR，AACALLDELAYJNZDOWN；下降到A中为00HSJMPUP；重复注：若想改变波形的周期（频率），只需改变延时程序的时间即可。C51程序：#includeabsacc.h#includereg51.h#defineDAC0832XBYTE[0x00F8]#defineucharunsignedchar#defineunitunsignedintvoidstair(void){uchari;while(1){for(i=0;i=255;i=i++)/*形成锯齿波输出值，最大255*/{DAC0832=i;/*D/A转换输出*/}}}3）双缓冲器方式：输入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号。适用：同时输出几路模拟信号的场合，可构成多个0832同步输出电路。80C51CSDAC0832WR1P1XFERWR2D7～0+-VO74LS3738P0WRALE80C51GA7～0A0CSDAC0832WR1XFERWR2D7～0+-VOA1A2A11#2#XY图形显示器A2举例：ORG2000HMOVDPTR，#0FFF8H；选中1#0832（的输入寄存器）：A0=0MOVA，#DataxMOVX@DPTR，A；Datax写入1#0832输入寄存器MOVDPTR，#0FFF9H；选中2#0832（的输入寄存器）：A1=0MOVA，#DatayMOVX@DPTR，A；Datay写入2#0832输入寄存器MOVDPTR，#0FFFAH；选中1#和2#0832的DAC寄存器：A2=0MOVX@DPTR，A；1#和2#输入寄存器的内容同时传送到DAC寄存器中例：用DAC0832实现驱动绘图仪，电路为双缓冲方式1#和2#DAC0832地址分别为FFF8H和FFF9H。则绘图仪的驱动程序为：C51程序：#includeabsacc.h#includereg51.h#defineINPUTR1XBYTE[0xFFF8]#defineINPUTR2XBYTE[0xFFF9]#defineDACRXBYTE[0xFFFA]#defineucharunsignedcharvoiddac2b(data1,data2)uchardata1,data2;{INPUTR1=data1;/*数据送到一片DAC0832*/INPUTR2=data2;/*数据送到另一片DAC0832*/DACR=0;/*启动两路D/A同时转换*/}华工考研题：PC/XT的D/A接口使用DAC0832。其有关信号接线如图所示，其输出电压Vo和输入数字量DI7-DI0之间呈线性且如表所示。现要求Vo从零开始按图示波形周期变化（周期可自定）。试用汇编语言编写其控制部分程序。译码器放大DB7-DB0+5VA9-A0AENIOWPOT0POT1DI7-DI0ILECSXFERWR1WR2IOUT1IOUT2DAC0832v0/Vt+5V0-5Vv0输入输出00H7FHFFH-5V0V+5V7.1.2波形发生器硬件电路与软件程序设计波形发生器的硬件连接如图7-7所示，数/模转换器DAC0832的数据输入端直接与8051的P0口相连，输出经运算放大器得到电压波形。DAC0832采用单极性单缓冲方式工作，八D锁存器74LS3