单片机应用技术项目式教程课件：DAC转换及其应用

单片机应用技术项目式教程—基于Proteus和KeilCSINGLE-CHIP

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DAC转换及其应用SAR型ADC的工作原01STC15W4K32S4单片机的基于PWM模块的DA转换02STC15W4K32S4单片机的外扩TLC5615方案03应用STC15W4K32S4单片机生成三角波和正弦波04知识要点数字电压表的设计掌握STC15W4K32S4单片机的基于PWM的DA设计方法01掌握STC15W4K32S4单片机的TLC5615的驱动方法02掌握应用STC15W4K32S4单片机和TLC5615生成常见波形的方法03学习要求数模转换器（DAC）是将数字量转换成模拟量，完成这个转换的器件叫做数模转换器（DigitaltoAnalogConverter）。常见的DAC有8位，10位，12位，16位等，从结构上说，有权重电阻型、R-2R、Delta-Sigma等结构。集成DAC的主要技术指标可以分为静态指标和动态指标。数模转换器（DAC）是将数字量转换成模拟量，完成这个转换的器件叫做数模转换器（DigitaltoAnalogConverter）。常见的DAC有8位，10位，12位，16位等，从结构上说，有权重电阻型、R-2R、Delta-Sigma等结构。集成DAC的主要技术指标可以分为静态指标和动态指标。静态指标05增益误差07零点误差09DNL是微分线性度02满量程输出电压UFSR/电流IFSR08积分非线性误差10D/A的温度灵敏度0304转换精度分辨率01最小输出电压ULSB/电流ILSB06失调误差动态指标动态指标D/A转换时间转换速率9.1基于PWM的DAC转换

当MCU需要产生模拟信号时，通常采用集成或独立的D/A转换器实现。但是在要求低成本的场合，可以通过PWM信号产生系统需要的直流和交流信号。9.1.1PWM原理PWM（PulseWidthModulation），脉冲宽度调制，它是通过调节脉冲占空比的变化来调节直流幅值、能量等的变化。占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。图9.3PWM原理9.1基于PWM的DAC转换9.1.2PWM设计原理图图9.4基于STC15W4K单片机的PWMDAC的设计为了提高精度和反应速度，设计STC15W4K的输出PWM波频率为100KHz，使用其内部的RC振荡器，程序下载时候频率设定为12MHz。9.1基于PWM的DAC转换9.1.2PWMDAC设计

选用PWM3作为输出，输出引脚为P2.1，它对应的定时器1的初值为0，当系统时钟为12MHz，输出100KHz的PWM波，定时器2的初值为120。#include<system.h>#defineSYSTEMCLOCK12000000L//系统时钟为12MHz#definePWMCLOCK100000L//PWM频率为100KHz#defineFreValueSYSTEMCLOCK/PWMCLOCK//PWM定时器2的初值

voidFlashDuty(unsignedcharDuty)//调整占空比{P_SW2|=0x80;//使能访问位于扩展RAM中的特殊功能寄存器PWM3T2H=((unsignedint)(FreValue*1.0*Duty/100))>>8;//PWM3的T2定时器高字节PWM3T2L=(unsignedint)(FreValue*1.0*Duty/100);//PWM3的T2定时器低字节P_SW2&=~0x80;//禁止访问位于扩展RAM中的特殊寄存器}

9.1基于PWM的DAC转换9.1.2PWMDAC设计voidFlashFreq(unsignedintFreVal)//调整频率{P_SW2|=0x80;PWMCH=FreVal>>8;//获取频率的高8位PWMCL=FreVal;//获取频率的低8位P_SW2&=~0x80;}voidmain(void){ unsignedcharduty=0;P2M1=0x00;P2M0=0x00;P_SW2|=0x80;PWM3T1H=0;PWM3T1L=0;PWM3CR=0;PWMCR|=0x02;PWMCKS=0;P_SW2&=~0x80;9.1基于PWM的DAC转换9.1.2PWMDAC设计FlashFreq(FreValue);//设定PWM频率FlashDuty(10);//初始化占空比PWMCR&=~0x40;//当PWM3的计数器为0时候，禁止中断PWMCR|=0x80;//运行PWM while(1)//三角波输出{ FlashDuty(duty); //delay_ms(10); duty++; if(duty==101) duty=0;}}9.1基于PWM的DAC转换9.1.2PWMDAC仿真图图9.5PWMDAC的模拟输出从图9.5中可以看出，锯齿波的下降沿处出现放电现象，不够垂直。9.2基于TCL5615的锯齿波和正弦波的设计TLC5615是德州仪器公司生产的一款10位D/A转换器，单路电压输出，输出电压可达到基准电压的两倍，可带最小2K欧姆的负载。芯片带有上电复位功能，采用四线制串行总线接口，兼容SPI通信，最大转换时间为12.5微秒（输入从0x000变为0x3ff或者从0x3ff变为0x000），还能多片级联使用。图9.6TLC5615的原理图参数含义最小值标准值最大值单位tsu(DS)建立时间，DIN准好到SCLK为高45

nSth(DH)SCLK为高后DIN保持时间0

nSth(CSS)建立时间，CS为低到SCLK为高1

nStsu(CS1)建立时间，CS为高到SCLK为高50

nSth(CSH0)保持时间，SCLK为低到CS为低1

nSth(CSH1)保持时间，SCLK为低到CS为高0

nStw(CS)片选为1（不使能）最小时间20

nStw(CL)脉冲为低最小时间25

nStw(CH)脉冲为高最小时间25

nS表9.3TLC5615参数说明9.2基于TCL5615的锯齿波和正弦波的设计图9.7ＴＬＣ５６１５时序图9.2.1TLC5615的编程要点输入量（二进制）输出/V1111__1111__11(00)2∗Vrefin∗1023/10241000_0000_01(00)2∗Vrefin∗513/10241000_0000_00(00)2∗Vrefin∗512/10240111__1111__11(00)2∗Vrefin∗511/10240000_0000_01(00)2∗Vrefin∗1/10240000000000(00)2∗Vrefin∗0/1024表9.2输入和输出的关系9.2.2锯齿波发生器的设计图9.8硬件设计原理图如图9.8，TLC5615电源电压为5V，电压基准为LM385，它产生1.25V的带隙基准电压#include<system.h>#include<intrins.h>sbitsclk=P0^0;//定义串行时钟sbitcs=P0^1;//定义片选端sbitdin=P0^2;//定义数据输入端sbitdout=P0^3;//定义数据输出端

#definecshcs=1//宏定义，为了方便移植#definecslcs=0#definesclkhsclk=1#definesclklsclk=0#definedinhdin=1#definedinldin=0#defineGE1ns_nop_();//th(CSH0)#defineGE45ns_nop_();//tsu(DH)#defineGE25ns_nop_();//tw(CH),tw(CL)#defineGE33ns_nop_();//tw(CS)>20ns;实践中建议大于tw(CS)+ts>=20nS+12.5us

unsignedintdacdata=0,mid;unsignedchari;

main() { CLK_DIV&=~0x07;//systemclock=fosc/1@12MHz P0M1=0x00;P0M0=0x00;//端口为上拉模式 P1M1=0x00;P1M0=0x00;

while(1){csh; dinh; GE33ns; dinl; GE1ns; csl; mid=dacdata<<6;for(i=1;i<=10;i++)//send10bitsDA{if(mid&0x8000) dinh; else dinl; GE45ns;//tsu(DH)sclk=1; GE25ns;//tw(CH)>=25nsmid<<=1; sclk=0; GE25ns;//tw(CL)>=25ns}or(i=1;i<=2;i++)//sendtwo0{ dinl; GE45ns;//tsu(DH) sclkh; GE25ns;//tw(CH)>=25ns sclk=0; GE25ns;//tw(CL)>=25ns} dacdata++;if(dacdata==0x400)dacdata=0;} }仿真结果图9.9仿真波形9.2.3正弦波发生器的设计图9.10正弦波发生器的硬件设计图9.11SPWM软件生成正弦波数组#include<system.h>#include<intrins.h>sbitsclk=P0^0;//定义对应的端口sbitcs=P0^1;//sbitdin=P0^2;//sbitdout=P0^3;//#definecshcs=1#definecslcs=0#definesclkhsclk=1#definesclklsclk=0#definedinhdin=1#definedinldin=0#defineGE1ns_nop_();//th(CSH0)#defineGE45ns_nop_();//tsu(DH)#defineGE25ns_nop_();//tw(CH),tw(CL)#defineGE33ns_nop_();//tw(CS)+tsts>12.5usunsignedintdacdata=0,mid;unsignedchari;//在ROM区生成对应的正弦波数组codeSinVal[200]={512,524,537,549,562,574,586,599,611,623,635,647,659,670,682,693,704,715,726,736,747,757,766,776,785,794,803,812,820,828,835,842,849,856,862,868,873,879,883,888,892,896,899,902,904,907,908,910,911,911,912,911,911,910,908,907,904,902,899,896,892,888,883,879,873,868,862,856,849,842,835,828,820,812,803,794,785,776,766,757,747,736,726,715,704,693,682,670,659,647,635,623,611,599,586,574,562,549,537,524,512,499,486,474,461,449,437,424,412,400,388,376,364,353,341,330,319,308,297,287,276,266,257,247,238,229,220,211,203,195,188,181,174,167,161,155,150,144,140,135,131,127,124,121,119,116,115,113,112,112,112,112,112,113,115,116,119,121,124,127,131,135,140,144,150,155,161,167,174,181,188,195,203,211,220,229,238,247,257,266,276,287,297,308,319,330,341,353,364,376,388,400,412,424,437,449,461,474,486,499};voidDAC_Conv(unsignedintdacdata){csh;dinh;GE33ns;dinl;GE1ns;csl; mid=dacdata<<6;

for(i=1;i<=10;i++)//send10bitsDA{if(mid&0