第8章AT89C51后向通道接口技术

8.1“简易信号发生器”的接口技术8.1.1基础知识1.数字量转换为模拟量单片机处理的是数字量。实际应用中，常常需要将数字量转换成模拟量以推动、控制外设或为外部所用（例单片机信号发生器）。D/A转换器就是一种将数字量转换成模拟量（电流、电压等）的接口IC。由单片机、D/A转换器组成的电路加上相应的程序，便可产生外设所需的各种模拟信号。显然，该技术是单片机应用系统后向通道的接口技术。本项目以“AT89C51和DAC0832构成的简易信号发生器”（以下称“简易信号发生器”）为例来讲解AT89C51后向通道接口技术。2.D/A转换器DAC08321）主要性能指标（1）分辨率分辨率是输出数字量变化一个相邻数码所需的模拟电压的变化量。一个N位的D/A转换器的分辨率定义为满刻度电压与2N的比值，其中N为ADC的位数。分辨率习惯上以输入数字量的位数表示。满量程为10V的8位D/A转换器（如DAC0832）的分辨率为10V×2839mV；满量程为10V的12位D/A转换器（如DAC1208）的分辨率为10V×2122.4mV。（2）线性度通常用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。在理想情况下，D/A转换特性应该是线性的，实际转换中，把理想输入/输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。（3）转换精度转换精度以最大静态转换误差的形式给出，包含非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差。精度与分辨率是两个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值与理论值的接近程度，而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量。分辨率很高的转换器并不一定具有很高的精度。（4）建立时间建立时间是指当D/A转换器的输入数据发生变化后，输出模拟量达到稳定数值的时间，该指标反映了D/A转换器转换速度的快慢。（5）温度系数温度系数是指在满刻度输出的条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数。该项指标表明了温度变化对D/A转换精度的影响。4）应用特性①有两级锁存控制功能，能够实现多通道D/A的同步转换输出。②内部无参考电压，需外接参考电压电路。③为电流输出型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需要外加转换电路。5）与AT89C51单片机的接口方法DAC0832内部有输入寄存器和DAC寄存器，5个控制端：ILE、/CS、/WR1、/WR2、/Xfer，能实现3种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。2）主要特性①分辨率为8位，转换电流建立时间为1s；②直通、单缓冲、双缓冲工作方式；③非线性误差：0.20%FSR（FullScaleRange，满刻度）；④逻辑电平输入与TTL兼容；⑤单一电源供电（+5～+15V）；⑥低功耗（20mW）。3）逻辑符号图和引脚功能8.1.2“简易信号发生器”电路设计和程序设计1.电路设计2.汇编语言程序设计、汇编（1）程序一：程序功能：产生幅值为5V、周期约为3ms的锯齿波。ORG 00HJUCHI: MOV A,#00 ;第一个数据JUCHI1: SETB P3.0 ;2us;MOV P2,A ;2US;输出数据到DAINCA ;2US;数据更新，+1CLR P3.0 ;2US;

DAC寄存器的写选通SJMP JUCHI1 ;4US;循环END ;结束（2）程序二：程序功能：产生幅值为2.5V、周期约为1ms的半圆波。ORG 00HBANYUAN:MOV R2,#00 ;2US;数据序号起始为0MOV R1,#40 ;2US;数据长度为40BANY1:SETBP3.0 ;2US; MOV DPTR,#TAB ;4US; MOV A,R2 ;2US; MOVCA,A+DPTR ;4US;查表取数 MOVP2,A ;2US;输出数据到DACCLRP3.0 ;2US;DAC寄存器的写选通DJNZR1,BANY2 ;4US;40个数未取完，循环取数;SJMPBANYUAN ;4US;复位，重新开始1042USBANY: INCR2;2US;数据序号更新，+1SJMP BANY1;4US;26US*40-6=1034USTAB2:DB 0,40,56,67,77,85,91,97,102,107,111;要送出到DA的数据表，共40个数DB 114,117,120,122,124,125,127,127,128DB 128,127,127,125,124,122,120,117,114DB 111,107,102,97,91,85,77,67,56,40,0END8.2AT89C51控制步进电动机的接口技术8.2.1基础知识1.步进电动机的种类步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，每给一个有效脉冲就转一个角度，一般用于精确的运动控制，常嵌入于应用系统中。图8-8所示的是一种小型步进电动机的外形照片。常见的步进电动机分为3种：永磁式（PM，分为单极性、双极性电机），反应式（VR）和变磁阻步进电动机（HB，混合式）。步进电动机按绕在定子上的线圈配置分类可分为2相、4相、5相等。2.步进电动机的工作原理当给电动机适当的脉冲信号，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步进角）。步进电动机转过的总角度和输入的脉冲数成正比，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。调整脉冲信号的频率可以改变步进电动机的转速，正转、反转可由脉冲顺序来控制。若步进电动机的步进角为18°，则每来一个励磁脉冲，电动机转动18°，来20个励磁信号，电动机就转动一周。3.步进电动机的励磁方式步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全部励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1～2相励磁。（1）1相励磁法1相励磁法是指在每一瞬间只有一个线圈导通。这种方法消耗的电力小、精确度好，但转矩小、振动较大，每送一个励磁信号可转过一个步进角度。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如表8-1所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。（2）2相励磁法2相励磁法在每一瞬间会有两个线圈同时导通。因2相励磁法转矩大、振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一个励磁信号可转过一个步进角度。若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如表8-2所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。（3）1～2相励磁法1～2相励磁法为1相与2相轮流交替导通。因1～2相励磁法分辨率提高，且运转平滑，每送一个励磁信号可走9°，故也广泛被采用。若以1～2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如表8-3所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。4.步进电动机的驱动一般来说，驱动步进电动机需要较大的驱动电流。AT89C51单片机的I/O口不能直接驱动，所以要加驱动芯片。2003是较常用的驱动芯片，它的每个引脚的驱动电流可达50mA。图8-10所示为2003芯片引脚图及内部逻辑图。8.2.2“控制步进电动机装置”电路设计和程序设计1.电路设计2.汇编语言程序设计、汇编ORG 00HSTART: MOV DPTR,#TAB1 ;取步进电动机控制脉冲表首地址 MOV R4,#0H ;脉冲序号初始值(R4)=0MOV P2,#0 ;步进电动机不转WAIT: MOV P1,#0FFH ;P1为输入 JNB P1.1,POS ;判断P1.1上的按钮是否按下，按下转POS SJMP WAIT ;未按下，循环等待POS: INC R4 ;脉冲序号+1 CJNE R4,#5,POS1 ;脉冲序号5时转POS1 MOV R4,#1 ;脉冲序号=5时，重置为1POS1: MOV A,R4 ;正转18° MOVC A,@A+DPTR ;根据脉冲序号，取脉冲数据 MOV P2,A ;脉冲数据送P2口，控制步进电动机转动 ACALL DELAY ;延时 AJMP WAIT ;循环DELAY: MOV R6,#5 ;延时