单片机应用技术项目化教程课件-项目8 简易信号发生器的设计

*开封大学单片机课件制作组项目8简易函数信号发生器的设计【项目导入】当单片机去控制一些终端部件时，往往需要模拟信号。单片机本身只提供数字信号（二进制），此时单片机就需要连接D/A转换器才能将数字信号转化为模拟信号，这样才能控制终端部件。单片机的D/A应用在工业领域十分广泛，在此我们通过设计一个函数信号发生器来讲述单片机的D/A转换的原理和接口电路以及编程方法，让同学们掌握D/A转换在单片机控制系统的应用。*开封大学单片机课件制作组【项目目标】1.知识目标（1）掌握D/A转换的基本知识；（2）理解DAC0832的工作原理与转换性能；（3）掌握单片机与DAC0832的接口技术。2.能力目标（1）掌握单片机对D/A转换器的控制方法；（2）能熟练DAC0832的工作原理和使用。3.态度目标（1）具有认真学习的态度和主动学习的积极性的；（2）养成良好的设计习惯。*开封大学单片机课件制作组8.1项目描述函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本项目通过使用单片机设计一个信号发生器，可产生方波，锯齿波和正弦波。在系统中采用单片机和DAC0832连接组成硬件电路，通过软件编程来实现波的处理。本项目设计的发生器能根据需要，通过按键控制选择三角波、方波、锯齿波和正弦波等4种波形。*开封大学单片机课件制作组8.2项目目的与要求本项目的目的就是搭建一个单片机与DAC0832连接的电路，通过编程来实现产生三角波、方波、锯齿波和正弦波等4种波形，并显示到示波器上，项目在实施过程中需要解决的一下关键问题（1）单片机与DAC0832连接电路；（2）DAC0832的工作原理与转换性能；（3）按键控制产生四种不同波形的编程。*开封大学单片机课件制作组8.3项目支撑知识链接一、D/A转换器的基本工作原理是：通过电阻网络将n位数字量逐位转换成模拟量，经运算器相加，从而得到一个与n位数字量成比例的模拟量。由于计算机输出的数据（数字量）是断续的，D/A转换过程也需要一定时间，因此转换输出的模拟量也是不连续的。

8.3.1D/A转换器单片机控制对象D/A转换*开封大学单片机课件制作组

图8-2D/A转换的原理D/A转换的原理：*开封大学单片机课件制作组D/A转换器的分类

按数据输入方式，D/A转换器有串行和并行两类，输入数据包括8位、10位、12位、14位、16位等多种规格，输入数据位数越多，分辨率也越高；按输出模拟量的性质，D/A转换器分电流输出型和电压输出型两种。电压输出又有单极性和双极性之分，如0～+5V、0～+10V、±2.5V、±5V、±10V等，可以根据实际需要进行选择。*开封大学单片机课件制作组D/A转换器的指标

1.分辨率D/A转换器的分辨率指单位数字量变化引起的模拟量输出的变化。通常定义刻度值与2n之比（n为二进制位数）。二进制位越多，分辨率越高。例如，若满量程为5V，根据分辨率定义则分辨率为5V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为5V/28=19.5mV，即二进制变化一位可引起模拟电压变化19.5mV，该值占满量程的0.195%，常用符号1LSB表示。*开封大学单片机课件制作组D/A转换器的指标

2.线性度线性度也称为非线性误差，通常用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。一般情况下，我们把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分比定义为非线性误差。3.精度转换精度是以最大静态转换误差的形式给出的。在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。4.建立时间建立时间是指输入的数字量发生变化后，输出模拟量达到了稳定数值（即进入规定的精度范围内）所需要的时间。建立时间指标是描述D/A转换速度快慢的一个重要指标。*开封大学单片机课件制作组

8.3.2DAC0832芯片及其单片机接口

DAC0832是并行输入、电流输出型的通用8位D/A转换器，它具有与微机连接简便、控制方便、价格低廉等优点，被广泛应用于微机系统中。

一、DAC0832介绍

*开封大学单片机课件制作组1．结构输出为模拟电流，可转换为电压。LE1或LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入LE1或LE2=0，锁存数据Iout1Iout2DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入锁存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1引脚功能ILE：输入锁存允许信号，高电平有效。：输入寄存器选择信号，低电平有效。：写信号1，输入寄存器写选通信号，低电平有效。输入锁存器的锁存信号LE1由ILE、、的逻辑组合产生。当ILE为高电平，和，同时为低电平时，LE1为正脉冲，输入寄存器的输出随输入变化；当变成高电平时，LE1变为低电平，输入数据被锁存在输入锁存器中。：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号，低电平有效。：数据传送控制信号，低电平有效。DAC寄存器的锁存信号LE2由、的逻辑组合产生，当和同时为低电平时，LE2为1，DAC寄存器的输出随它的输入而变化；当变为高电平后，LE2变为0，LE2的负跳变将输入寄存器中的数据锁存在DAC寄存器中。引脚功能DI0～DI7：8位数字输入端，，DI0为最低端，DI7为最高端。Iout1：DAC电流输出端1，为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC寄存器内容随输入端代码线性变化，DAC寄存器的内容为全1时，Iout1最大；全为0时，Iout1最小。Iout2：电流输出端2。Iout2等于常数减去Iout1，即Iout1+Iout2=常数。此常数对应于一固定基准电压的满量程电流。RFB：反馈电阻。反馈电阻被制作在芯片内部，用作DAC提供输出电压的运放的反馈电阻。Vref：基准电源输入端。Vref一般在-10～10V范围内，由外电路提供。Vcc：逻辑电源输入端，取值范围为+5～+15V，+15V最佳。AGND：模拟地，为芯片模拟电路接地点。DGND，数字地，为芯片数字电路接地点。*开封大学单片机课件制作组ILE，WR1：控制输入寄存器

ILE=1，WR1=0时：直通

ILE=1，WR1=1时：锁存DAC0832可以有三种工作形式：直通、单级缓冲、双缓冲。XFER，WR2：控制DAC寄存器

XFER=0，WR2=0时：直通

XFER=1orWR2=1时：锁存3．DAC0832与MCS－51的连接

DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入锁存器...≥1&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRFBAGNDDGNDVCC≥1*开封大学单片机课件制作组（1）直通方式直通方式是指两个数据输入寄存器都处于开通状态，即所有有关的控制信号都处于有效，输入寄存器和DAC寄存器中的数据随DI0～DI7的变化而变化，也就是说，输入的数据会被直接转换成模拟信号输出。这种方式在微机控制系统中很少采用。

二、DAC0832工作方式*开封大学单片机课件制作组(2)单缓冲方式

单缓冲方式是指两个数据输入寄存器中只有一个处于受控选通状态，而另一个则处于常通状态，或者虽然是两级缓冲，但将两个寄存器的控制信号连在一起，一次同时选通。单缓冲方式适用于单路D/A转换或多路D/A转换而不必同步输出的系统中。

8.2.28位通用D/A转换器DAC0832

*开封大学单片机课件制作组单缓冲方式的接口——两个输入寄存器同时受控的方式“同时”做何解释?+5VAVout8051P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.7WRDAC0832VccILEVrefRfbIout1Iout2AGNDDGNDDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7CSXFERWR1WR2+*开封大学单片机课件制作组输入寄存器（1）地址：7FF8H输入寄存器（2）地址：7FF9HDAC寄存器地址：7FFAH双缓冲方式*开封大学单片机课件制作组8.4项目实施由于输出信号的波形频率较低，可选用AT89C51作为控制器，用查表法完成波形数据的输出，再用D/A转换器输出规定的波形信号。本项目有电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和信号输出电路四部分组成，系统框图如图*开封大学单片机课件制作组*开封大学单片机课件制作组8.4.2软件设计按键控制：根据设计要求和按键控制输出波形的变化，程序应设计不断查询检测按键的状态，以便输出对应的波形。对于要通过一个按键来识别每种不同的功能，我们给每个不同的功能模块设置ID号进行标识，这样每按一次键，ID的值就不一样。因此，我们不同的波形用flag标识：当flag=0时，输出三角波；当flag=1时，输出方波；当flag=2时，输出锯齿波；当flag=3时，输出正弦波。我们规定，每次按下K键，分别给出不同的flag值就能实现任务。*开封大学单片机课件制作组8.4.2软件设计输出模拟电压：由于DAC0832和单片机AT89C51采用直通方式，因此只要往数据输入端送数字量，从后面的运放输出端就可得到模拟电压。输出的电压根据公式计算到。由此在需要输出某个电压值时，求出对应的数字值，通过P2口输出，就可以得到所需的模拟电压。为了方便编程我们将DAC0832的输出封装为一个子函数，用形参表示待输出的数值。程序中用4个子函数分别表示产生不同的波形，程序设计的流程图如图*开封大学单片机课件制作组源程序见课本*开封大学单片机课件制作组8.4.3仿真调试

一、使用KeilC51编译源程序*开封大学单片机课件制作组二、使用Proteus系统仿真软件调试

*开封大学单片机课件制作组二、使用Proteus系统仿真软件调试

产生的三角波产生的三角波*开封大学单片机课件制作组二、使用Proteus系统仿真软件调试

产生的方波*开封大学单片机课件制作组二、使用Proteus