可调LED亮度驱动电路设计解读

1、亮度可调的 LED驱动电路摘要LED亮度可调通过有两种可行方案：第一种通过单片机的占空比电压来输出不同的 电压，从而实现设计要求；第二种通过单片机控制数模转换器来输出不同的电流，然后 经过放大器来进行发大，从而实现输出不同的电压，来驱动LED。对于第一种方案，优点是设计简单，且使用的电子器件类较少，造价成本低，但是 其集成度低，看起来较复杂，不适于现代人的思想要求。对于第二种方案，优点是集成 度高，且设计图看起来明了，因为其集成度高，且使用了数模转换器，因此和第一种设 计方案相比略高。所以本设计采用了第二种方案。本设计的结果是设计制作一种可手动和自动循环的 led 调光电路；自动调光时可使 等

2、在熄灭、微亮、较量及最亮四种状态中不断循环；实现灯光的循环调节功能（ 循环时间分别为为 2s、4s、6s、8s、10s、12s） ；关键词： LED，数模转换器，放大器，调光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目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要 IABSTRACT II HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 绪论 1 HYPERLINK l bookmark8 o Cur

7、rent Document 选题背景 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 选题背景概括 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 选题的目的及意义 2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 元器件介绍 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document LED 灯的介绍 3LED 灯的发展史历史 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 单片机的介绍 3单片机引脚 4 H

8、YPERLINK l bookmark20 o Current Document DAC0832 8引脚介绍 8工作方式 8采用 DAC0809实现 A/D 转换 9输出形式 10运算放大器 10由电阻网络和运算放大器构成的 D/A 转换器 11采用 T 型电阻网络的 D/A转换器 11D/A 转换器性能参数 12DAC0832 及接口电路 12DAC0832 的内部结构 13DAC0832引脚特性 13DAC0832 的工作方式 14DAC0832 的应用举例 14 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.4 LM324 14LM324 的简介

9、 14同相交流放大器 15反相交流放大器 15交流信号三分配放大器 16有源带通滤波器 16单稳态触发器 17比较器 17 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 分部电路介绍 19 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 开关控制电路 19 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 复位电路 19 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 单片机主控电路 20 HYPERLINK l bookmark34 o Curren

10、t Document 70832 数模转换电路 20 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 放大电路 21IV TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 电路设计要求及方案选取 22 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 电路设计要求 22 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 可行性方案列举 22 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 可行性

11、方案分析 22 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 软件程序 23 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 7 结果总结 26致 谢 27参 考 文 献 28 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 附录 元器件清单 29 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 附录 II 设计总电路图 30亮度可调的 LED 驱动电路绪论选题背景上个世纪 60 年代，科技工作者利用半导体 PN结发光的原理，研制成了 LED发光二

12、极管。当时研制的 LED，所用的材料是 GaASP，其发光颜色为红色 1 。经过近 30 年的发 展，现在大家十分熟悉的 LED，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。最初 LED仅用作仪器仪表的指示光源， 后来各种光色的 LED在交通信号灯和大面积 显示屏中得到了广泛应用， 产生了很好的经济效益和社会效益。 通常 LED能直接发出红、 黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光，但对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。经过多年研究，人们在 1998 年发白光的 LED开发成功。这种 LED是将 GAN芯片和 YAG（钇铝石榴石）封装在一起做成的。芯片 GAN发蓝光，高温烧结制成的 YAG荧光粉 受此

13、蓝光激发后发出黄色光射，峰值达 550nm。蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中，覆 盖以混有 YAG的树脂薄层，约 200-500nm。 LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另 一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，最终可以得到得白光。现在，对于白色LED，通过改变 YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度。 这种通过蓝光 LED得到白光的方 法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。目前白色 LED发光效率已经突破 120LM/W，是白炽灯 15LM/W的 8倍，是荧光灯 50LM/W 的 2 倍多。LED的光谱中没有紫外线和红外线成分，所以不会发热，不产生有害辐射2 。而且 L

14、ED的光通量半衰期大于 5 万小时，可以正常使用 20 年，器件寿命一般都在 10万 小时以上，是荧光灯寿命的 10 倍，是白炽灯的 100 倍，所以基本不会损坏，这种灯具 具有非常好的节能长寿命特性，随着白色 LED价格的不断降低， LED节能灯不但在节日 彩灯装饰中广泛应用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的领域，全面 进入实用化，并且在环保方面废弃物可以回收，没有荧光灯的贡污染问题，是国家重点 发展的产业项目。发展空间无限，市场价值巨大。与小和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）； 工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高

15、，寿命 长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极 管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做 成条状，用 7 条条状的发光管组成 7 段式半导体数码管，每个数码管可显示 09十个 数字。选题背景概括LED 灯相对于其他光源有寿命长、发光效率提高空间大的优势，并且 LED 灯由于 采用物理 P-N 结的冷发光原理，使得 LED节能灯灯转化效率高，发光效率从 2002 年的 25流明/瓦提高到 2007年 75流明/瓦，而发光成本将从 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节能

16、灯不存在汞灯污染源， 被誉为绿色环保 的照明能源，符合当今世界主题。目前 LED节能灯最高发光率为 200 流明/ 瓦，其寿命 理论值达到 10 万小时，远远高于其他光源产品。是未来世界必用主流产品 3。目前世界各国都在政府的大力资助下加快推进 LED节能灯取代传统照明灯的步伐、陕西科技大学毕业论文日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国政府都制定了相应的发展计划。中国为节约能源、实现经济和社会的可持续发展，于 2007 年 6 月 3 日制定节能 减排综合性工作方案半导体照明产业顺应了节能减排的宏观政策。从 2005 年开始科 技部批准了大连、 厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明产 业基地

17、，之后在 2007 年 和 2008 年相继批准石家庄、扬州等两个半导体照明产业基地，在政策、税收和资金上 给予长期支持。LED节能灯在 2007 年开始渗透进入白炽灯照明市场、 预计在 2012 年进入荧光灯照 明市场，从而大量取代白炽灯和荧光灯。但目前 LED 路灯市场中，应用 LED 灯的比例 很少，存在很大的替代空间， 目前路灯在全球未来景观照明和通用照明的 LED 市场增长 速度最快，预计景观照明 LED市场份额将从 03 年的 2%增加到 08 年的 8%。 04 年通用 照明 LED 的销售额是 9400 万美元，到 2010 年将增长到 8.75 亿美元，年增长率将达 52.3

18、%，届时 LED节能灯将在全球 120 亿美元至 140 亿美元的照明市场占据重要的位置。选题的目的及意义在做毕设之前，通过查询各种材料， 对毕设题目有了初步的认识。 我所要做的是 LED 调光，大体来说 LED的发光强度是由 LED的驱动电流决定的。驱动电流的大小和波动都 与 LED的发光强度有关系。 LED灯作为被控对象灯的亮度和控制系统亮度与正向流过它 的电流成正比，这样就可以来通过调节它的正向电流来调节亮度。调节工作电流的方式 调节的范围大、线性度好、但是功耗很大，经常调节电流会使LED大寿命大幅缩减。由于工作电流调节 LED的方法并不常用， 所以要通过调节 PMW来调节 LED的点亮

19、时 间，显然亮的时间越长看上去亮度就越大，这样调节开关的频率超出人一般能察觉的范 围，就给人一种总亮的假象 4 。通过单片机编程来调节 PWM的占空比，在给入驱动芯片 来调节 LED的亮度。整体是通过单片机 AT89C51来控制数模转换器 DAC0832的输出电流， DAC0832的输 出电流再通过放大器进行放大，从而产生不同的电压来驱动 LED灯。图 1-1 电路流程图亮度可调的 LED 驱动电路元器件介绍LED 灯的介绍LED(Light Emitting Diode )，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的 固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED的心脏是一个半导体的晶片

20、， 晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被 环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占 主导地位， 另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时候， 它们之间就形成一个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成 P-N结的材料决定的 5 。最初 LED用作仪器仪表的指示光源， 后来各种光色的 LED在交通信号灯和大面积显 示屏中得到了广泛应用，产生了很

21、好的经济效益和社会效益。以 12 英寸的红色交通信 号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的 140 瓦白炽灯作为光源，它产生 2000 流明的白光。经红色滤光片后，光损失 90%，只剩下 200 流明的红光。而在新设计的灯 中，Lumileds 公司采用了 18 个红色 LED光源，包括电路损失在内， 共耗电 14瓦，即可 产生同样的光效。汽车信号灯也是 LED光源应用的重要领域 6 。对于一般照明而言， 人们更需要白色的光源。 1998 年发白光的 LED开发成功。这种 LED是将 GaN芯片和钇铝石榴石( YAG)封装在一起做成。 GaN芯片发蓝光( p=465nm， Wd=30nm)

22、，高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值 550nm。蓝光 LED基片安装在碗形反射腔中， 覆盖以混有 YAG的树脂薄层，约 200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合 7 ，可 以得到得白光。对于 InGaN/YAG白色 LED，通过改变 YAG荧光粉的化学组成和调节荧光 粉层的厚度，可以获得色温 3500-10000K 的各色白光。这种通过蓝光 LED得到白光的方 法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多 8 。LED 灯的发展史历史上个世纪 60 年代，科技工作者利用半导体 PN结发光的原理

23、，研制成了 LED发光二 极管。当时研制的 LED，所用的材料是 GaASP，其发光颜色为红色。 经过近 30 年的发展， 大家十分熟悉的 LED，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光 9 。然而照明需用的白 色光 LED仅在 2000 年以后才发展起来，这里向读者介绍有关照明用白光LED10 。最早应用半导体 P-N结发光原理制成的 LED光源问世于 20世纪 60 年代初。当时所 用的材料是 GaAsP，发红光( p=650nm)，在驱动电流为 20 毫安时，光通量只有千分 之几个流明，相应的发光效率约 0.1 流明/ 瓦。 70年代中期。单片机的介绍AT89C51是一种带 4K 字节 F

24、LASH存储器( FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压、高性能 CMOS 8位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的。 单片机的可擦除只读存储陕西科技大学毕业论文器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工 业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合 在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器， AT89C2051是它的一种精简版 本11 。单片机引脚

25、AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及 引脚排列如图 2-1 所示。图 2-1 单片机外形及引脚图VCC：供电电压GND：接地P0口： P0口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当 P0口 的管脚第一次写 1 时，被定义为高祖输入。 P0能够用于外部程序数据存储器， 它可以被 定义为数据 /地址的低八位。在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH进行校 验时， P0输出原码，此时 P0外部必须接上拉电阻。P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL

26、门电流。 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为 低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时， P1 口作为 低八位地址接收。P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因 此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高 八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八

27、位地址数存储器进行读 写时， P2口输出其特殊功能存储器的内容。 P2 口在 FLASH编程和校验时接收高八位地 址信号和控制信号。P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL门电 流。当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外 部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL ）这是由于上拉的缘故。亮度可调的 LED 驱动电路P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断 0）P3.3 /INT1 （外部中断 1）

28、P3.4 T0 （计时器 0 外部输入）P3.5 T1 （计时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PRO：G当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位编 程节。在 FLASH期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE端以不变的频率周期输 出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6 。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定 时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过

29、一个ALE脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOV，X MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序寻仙呼气的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次 /PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管 是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA端保持高 电平时，此间内部程序存

30、储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 （VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性 :XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振 荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。有 余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要 求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。整个 PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并保持 ALE管 脚处于低电平 10MS 来完成。在芯片擦操

31、作中， 代码阵列全被写“ 1”且在任何非空存储 字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外， AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软 件可选的掉电模式。在闲置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和 终端系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯 片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些 特殊功能存储器呢，它们是 SCON，TCON，TMO，D SCON等，各代表什么含义呢？数据缓冲存储器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过

32、 “为何在串行口收发中，都只是使用到同一个寄存器？而不是收发各用一个寄存器。”陕西科技大学毕业论文实际上 包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都 共同使用同一个寻址地址 99H。CPU 在读时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄 存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数 据没有被取走，下一帧数据已到来，而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓 冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操寄存器的 方法则很简单，只要把这个 99H 地址用关键字定义为一个变量就可以对其进行读写操作 了，如 SFR SBU

33、F = 0X99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的REG51.H 或AT89X51.H 等头文件中已对其做了定义，只要用 #INCLUDE引 用就可以了。SCON串 行口控制器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接 口控制寄存器。 SCON就 是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是 98H，是一个 可以伪寻址的寄存器， 作用就是监视和控制 51 芯片串行口的工作状态。 51 芯片的串口 可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用SCON寄 存器。它的各个位的具体定义如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 为串

34、行口工作模式设置位， 这样两位可以对应进行四种模式的设置。 1.2.3 串行口工作模式设置。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 可变1 0 2 9 位 UART FOSC/32或 FOSC/641 1 3 9 位 UART 可变 在这里只说明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略过，有兴趣的朋友可以找相 关的硬件资料查看。表中的 FOSC代 表振荡器的频率，也就是晶振的频率。UART 为(UNIVERSAL ASYNCHRONOUS REC)EI的VE英R文缩写。 SM2 在模式 2、模式 3 中为多处立 机通信使能位。在模

35、式 0 中要求该位为 0。REM为 允许接收位， REM置 1 时串口允许接收，置 0 时禁止接收。 REM是 由软件 置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚 P3.0,P3.1 都和上位机相连， 在软件上 有串口中断处理程序， 当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产 生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入 REM=0来 禁止接收， 在子程序结束处加入 REM=1再 次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入REM=0来 进行实验。TB8 发送数据位 8，在模式 2 和3 是要发送的第 9 位。该位可以用软件根据需要 置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处

36、理机通信中这一位则用于表示是 地址帧还是数据帧。RB8 接收数据位 8，在模式 2 和 3 是已接收数据的第 9 位。该位可能是奇偶位， 地址/ 数据标识位。在模式 0 中，RB8 为保留位没有被使用。在模式 1 中，当 SM2=0， RB8 是已接收数据的停止位。TI 发送中断标识位。在模式 0，发送完第 8 位数据时，由硬件置位。其它模式中 则是在发送停止位之初，由硬件置位。 TI 置位后，申请中断， CPU 响应中断后，发送 下一帧数据。在任何模式下， TI 都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到 后，硬 件发送数据，中断响应(如中断打开)，这时 TI=1 ，表明发送已完成， TI 不

37、会由硬件 清除，所以这时必须用软件对其清零。RI 接收中断标识位。在模式 0，接收第 8 位结束时，由硬件置位。其它模式中则亮度可调的 LED 驱动电路是在接收停止位的半中间，由硬件置位。 RI=1 ，申请中断，要求 CPU 取走数据。但在模 式1 中， SM2=1时，当未收到有效的停止位，则不会对 RI 置位。同样 RI 也必须要靠 软件清除。常用的串口模式 1 是传输 10 个位的，1 位起始位为 0,8 位数据位， 低位在 先，1 位停止位为 1。它的波特率是可变的， 其速率是取决于定时器 1 或定时器 2 的定 时值(溢出速率) 。AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列

38、芯片只有两个定时器， 定时器 0 和 定时器 1，而定时器 2是 89C52 系列芯片才有的。波特率在使用串口做通讯时，一个很重要的参数就是波特率，只有上下位机的波特 率一样时才可以进行正常通讯。波特率是指穿行每秒内可以传输的波特位数。有一些初 学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数，如标准 9600 会被误认为每秒种可以传送 9600 个字节，而实际上它是指每秒可以传送 9600 个二进位，而一个字节要 8 个二进位， 如用串口模式 1 来传输那么加上起始位和停止位， 每个数据字节就要占用 10 个二进位， 9600 波特率用模式 1 传输时，每秒传输的字节数是 960010=960 字节。

39、 51 芯片的串 口工作模式 0 波特率是固定的，为 FOSC/12，以一个 12M 的晶振来计算，那么它的波特 率可以达到 1M。模式 2 的波特率是固定在 FOSC/64 或 FOSC/32，具体用那一种就取决 于 PCON寄 存器中的 SMOD位，如 SMOD为 0，波特率为 FOCS/64,SMOD为 1 ，波特率为 FOCS/32。模式 1 和模式 3 的波特率是可变的，取决于定时器 1 或 2(52 芯片)的溢 出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢？可以用以下的公式去计算。波特率 =(2SMOD 32)定时器 1 溢出速率上式中如设置了 PCON寄

40、存器中的 SMOD位 为 1 时就可以把波特率提升 2 倍。通常 会使用定时器 1 工作在定时器工作模式 2 下，这时定时值中的 TL1 做为计数， TH1 做 为自动重装值 ，这个定时模式下，定时器溢出后， TH1 的值会自动装载到 TL1，再次开 始计数，这样可以不用软件去干预， 使得定时更准确。 在这个定时模式 2 下定时器 1 溢 出速率的计算公式如下：溢出速率 =(计数速率) /(256 TH1) 上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关，在 51 芯片中定时器启动 后会在每一个机器周期使定时寄存器 TH 的值增加一，一个机器周期等于十二个振荡周 期，所以可以得知 51 芯片

41、的计数速率为晶体振荡器频率的 1/12 ，一个 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的计数速率就为 1M。通常用 11.0592M 晶体是为了得到标准的无误 差的波特率，那么为何呢？计算一下就知道了。如我们要得到 9600 的波特率，晶振为 11.0592M 和 12M，定时器 1 为模式 2，SMOD设 为 1，分别看看那所要求的 TH1 为何值。 代入公式：9600=(232) (11.0592M/12)/(256 -TH1)TH1=2509600=(232) (12M/12)/(256 -TH1)TH1249. 49上面的计算可以看出使用 12M 晶体的时候计算出来的 TH1

42、不为整数，而 TH1 的值 只能取整数，这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的 9600 波特率。当然一定的 误差是可以在使用中被接受的，就算使用 11.0592M 的晶体振荡器也会因晶体本身所存 在的误差使波特率产生误差，但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的，可以忽 略不计。陕西科技大学毕业论文 8DAC08322.3.1 引脚介绍DAC0832是 8分辨率的 D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。 这个 DA芯片以其 价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。转 换器由 8位输入锁存器、 8位 DAC寄存器、 8位D/A转换电路及转换控制电路构成

43、12。图 2-2DAC0832 引脚D0D7：8位数据输入线， TTL电平，有效时间应大于 90ns（ 否则锁存器的数据会出 错）；ILE ：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR：1 数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 ILE 、CS、 WR1的逻辑组合产生 LE1，当 LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换， LE1 的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效；WR：2 DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有

44、效。由 WR、2 XFER的 逻辑组合产生 LE2，当 LE2 为高电平时， DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化， LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DAC寄存器并开始 D/A 转换。IOUT1 ：电流输出端 1 ，其值随 DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2 ：电流输出端 2 ，其值与 IOUT1 值之和为一常数；Rfb ：反馈信号输入线，改变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端， Vcc的范围为 +5V+15V；VREF：输入线， VREF的范围为 -10V +10V；AGN：D 模拟信号地；DGND：数字信号地。工作方式根据对 DAC0832的数据

45、锁存器和 DAC寄存器的不同的控制方式， DAC0832有三种工 作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式 13 。DAC0832引脚功能电路应用原理图 DAC0832是采样频率为八位的 D/A 转换芯片，集 成电路内有两级输入寄存器， 使 DAC0832芯片具备双缓冲、 单缓冲和直通三种输入方式，亮度可调的 LED 驱动电路以便适于各种电路的需要 （如要求多路 D/A 异步输入、同步转换等 ） 。所以这个芯片的应 用很广泛 , 关于 DAC0832应用的一些重要资料见下图： D/A 转换结果采用电流形式输出。 若需要相应的模拟电压信号信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放 的反

46、馈电阻可通过 RFB端引用片内固有电阻，也可外接。 DAC0832逻辑输入满足 TTL电 平，可直接与 TTL 电路或微机电路连接。DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线， TLL 电平。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR：1 为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR：2 为 DAC寄存器写选通输入线。Iout1: 电流输出线。当输入全为 1 时 Iout1 最大。Iout2: 电流输出线。其值与 Iout1 之和为一常数。Rfb: 反馈信号输入线 , 芯片内部有反馈电阻 .Vcc: 电源输

47、入线 （+5v+15v）Vref: 基准电压输入线 （-10v+10v）AGND模: 拟地, 摸拟信号和基准电源的参考地 .DGND数: 字地, 两种地线在基准电源处共地比较好 .采用 DAC0809实现 A/D 转换（一）D/A转换器 DAC0832DAC083是2采用 CMOS工艺制成的单片直流输出型 8 位数/ 模转换器。如图 4-82 所示，它由倒 T型 R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考 电压 VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量一个 8 位 D/A 转换器有 8 个输入端 （其中每个输入端是 8 位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28=256 个不同的

48、二进制组态，输出为 256 个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值， 而只能是 256 个可能D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR：1 写信号 1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR：2 写信号 2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref ：（ -1010V）。Vcc：是源电压（ +5+15V）。AGN：D 模拟地 NGND：数字地，可与 AGND接在一起使用。DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放 大器

49、转换成电压。数/ 模（D/A）转换器 D/A 转换器是接收数字量，输出一个与数字量相对应的电流或 电压信号的模拟量接口。D/A转换器被广泛用于计算机函数发生器、计算机图形显示以及与转换器相配合的10陕西科技大学毕业论文控制系统等。D/A转换原理：数字量的值是由每一位的数字权叠加而得的。 D/A 转换器品种繁多， 有权电阻 DAC、变形权电阻 DAC、T 型电阻 DAC、电容型 DAC和权电流 DAC等。为了掌握 数/ 模转换原理，必须先了解运算放大器和电阻译码网络的工作原理和特点。2.3.4 输出形式图 2-3 单极输出图如图 2-3 所示 , 由运算放大器进行电流电压转换，使用内部反馈电阻。

50、输出电压 值 VOUT和输入数字量 D 的关系：VOUT = VREF D/256D = 0 255， VOUT = 0 VREF 255/256VREF = 5V， VOUT =05*+(255/256)VVREF = +5V， VOUT = 0 ( 255/256)V 双极性输出 如果实际应用系统中要求输出模拟电压为双极性，则需要用转换电路实现。图 1-4 双极输出图其中 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：输入数字为 0255 时，输出电压在 VREF + VREF之间变化运算放大器11亮度可调的 LED 驱动电路运算放大器有三个特点：开环放大倍数非常高，一般为几千，甚至可高达 10 万。在正常情况下，运算放 大器所需要的输入电压非常小。输入阻抗非常大。运算放大器工作时，输入端相当于一个很小的电压加在一个很 大的输入阻抗上，所需要的输入电流也极小。输出阻抗很小，所以，它的驱动能力非常大。由电阻网络和运算放大器构成的 D/A 转换器利用运算放大器各输入电流相加的原理，可以构成如图 10.7 所示的、由电阻网络 和运算放大器组成的、 最简单的 4位 D/A转换

52、器。图中，V0是一个有足够精度的标准电 源。运算放大器输入端的各支路对应待转换资料的 D0，D1， Dn-1 位。各输入支路 中的开关由对应的数字元值控制，如果数字元为 1，则对应的开关闭合；如果数字为 0， 则对应的开关断开。各输入支路中的电阻分别为 R，2R， 4R，这些电阻称为权电阻。假设，输入端有 4条支路。 4条支路的开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可 以得到 16 种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把 0000B1111B转换成 大小不等的电流，从而可以在运算放大器的输出端得到相应大小不同的电压。如果数字 0000B每次增 1，一直变化到 1111B，那么，在输出端

53、就可得到一个 0V0 电压幅度的阶 梯波形。采用 T 型电阻网络的 D/A转换器从图 10.7 可以看出，在 D/A转换中采用独立的权电阻网络，对于一个 8 位二进制 数的 D/A转换器，就需要 R，2R，4R，128R共 8个不等的电阻，最大电阻阻值是最 小电阻阻值的 128 倍，而且对这些电阻的精度要求比较高。如果这样的话，从工艺上实 现起来是很困难的。所以， n 个如此独立输入支路的方案是不实用的。在 DAC电路结构中，最简单而实用的是采用 T型电阻网络来代替单一的权电阻网络， 整个电阻网络只需要 R 和 2R两种电阻。在集成电路中，由于所有的组件都做在同一芯 片上，电阻的特性可以做得很

54、相近，而且精度与误差问题也可以得到解决。采用 T型电阻网络的 4位 D/A转换器。 4位元待转换资料分别控制 4条支路中开关 的倒向。在每一条支路中，如果（资料为 0）开头倒向左边，支路中的电阻就接到地； 如果（资料为 1）开关倒向右边，电阻就接到虚地。所以，不管开关倒向哪一边，都可 以认为是接“地”。不过，只有开关倒向右边时，才能给运算放大器输入端提供电流。T 型电阻网络中点 A的左边为两个 2R的电阻并联，它们的等效电阻为 R，节点 B的 左边也是两个 2R 的电阻并联，它们的等效电阻也是 R，依次类推，最后在 D点等效 于一个数值为 R的电阻接在参考电压 VREF上。这样，就很容易算出，

55、 C点、B 点、A点 的电位分别为 -VREF/2，-VREF/4，-VREF/8。在清楚了电阻网络的特点和各节点的电压之后，再来分析一下各支路的电流值。开 关S3，S2，S1，S0分别代表对应的 1位二进制数。任一资料位 Di=1，表示开关 Si 倒向 右边； Di=0，表示开关 Si 倒向左边，接虚地，无电流。当右边第一条支路的开关S3倒向右边时，运算放大器得到的输入电流为 -VREF/（2R），同理，开关 S2，S1，S0 倒向 右边时，输入电流分别为 -VREF/（4R）， -VREF/（8R）， -VREF/（16R）。如果一个二进制数据为 1111，运算放大器的输入电流I=-VRE

56、F（/ 2R）-VREF（/ 4R）-VREF（/ 8R）-VREF（/ 16R）=-VREF（/ 2R）（20+2-1+2-2+2-3 ）12陕西科技大学毕业论文=-VREF/（24R）（ 23+22+21+20）相应的输出电压V0=IR0=-VREFR（0 24R）（ 23+22+21+20）将资料推广到 n 位，输出模拟量与输入数字量之间关系的一般表达式为：V0=-VREFR0（/ 2nR）（ Dn-12n-1+Dn-2 2n- 2+D121+D02）0 （Di=1 或 0） 上式表明，输出电压 V0 除了和待转换的二进制数成比例外，还和网络电阻 R、运 算放大器反馈电阻 R0、标准参考

57、电压 VREF有关15 。D/A 转换器性能参数在实现 D/A 转换时，主要涉及下面几个性能参数。分辨率。分辨率是指最小输出电压（对应于输入数字量最低位增 1 所引起的输出 电压增量）和最大输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为 1 时的输出电压） 之比， 例如， 4 位 DAC的分辨率为 1/（24-1）=1/15=6.67% （分辨率也常用百分比来表示）。 8 位 DAC的分辨率为 1/255=0.39%。显然，位数越多，分辨率越高。转换精度。如果不考虑 D/A 转换的误差， DAC转换精度就是分辨率的大小， 因此， 要获得高精度的 D/A 转换结果，首先要选择有足够高分辨率的 DAC。

58、D/A 转换精度分为绝对和相对转换精度，一般是用误差大小表示。 DAC的转换误差 包括零点误差、漂移误差、增益误差、噪声和线性误差、微分先性误差等综合误差。绝对转换精度是指满刻度数字量输入时，模拟量输出接近理论值的程度。它和标准 电源的精度、权电阻的精度有关。相对转换精度指在满刻度已经校准的前提下，整个刻 度范围内，对应任一模拟量的输出与它的理论值之差。它反映了DAC的线性度。通常，相对转换精度比绝对转换精度更有实用性 16 。相对转换精度一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示， 有时也用最 低位（ LSB）的几分之几表示。例如，设 VFS为满量程输出电压 5V，n位 DAC的相对转

59、 换精度为 0.1%，则最大误差为 0.1%VFS=5mV；若相对转换精度为 1/2LSB， LSB=1/2n，则最大相对误差为 1/2n+1VFS。非线性误差。 D/A 转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线 之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。转换器电路设计一般要求非 线性误差不大于 1/2LSB。转换速率 / 建立时间。转换速率实际是由建立时间来反映的。建立时间是指数字 量为满刻度值（各位全为 1）时，DAC的模拟输出电压达到某个规定值（比如， 90%满量 程或 1/2LSB 满量程）时所需要的时间。建立时间是 D/A 转换速率快慢的一个重要参数。很显然，

60、建立时间越大，转换速率 越低。不同型号 DAC的建立时间一般从几个毫微秒到几个微秒不等。 若输出形式是电流， DAC的建立时间是很短的；若输出形式是电压， DAC的建立时间主要是输出运算放大器 所需要的响应时间。DAC0832 及接口电路DAC0832是美国资料公司研制的 8 位双缓冲器 D/A转换器。芯片内带有资料锁存器， 可与数据总线直接相连。电路有极好的温度跟随性，使用了COMS电流开关和控制逻辑而获得低功耗、低输出的泄漏电流误差。芯片采用 R-2RT型电阻网络，对参考电流进行 分流完成 D/A转换。转换结果以一组差动电流 IOUT1和 IOUT2输出。13亮度可调的 LED 驱动电路D