信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì).ppt

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電子工業(yè)出版社,單片機(jī)控制技術(shù) 項(xiàng)目式教程 （C語(yǔ)言版）,電子工業(yè)出版社,項(xiàng)目9 信號(hào)發(fā)生 器的設(shè)計(jì),能了解D/A轉(zhuǎn)換器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)； 能理解DAC0832的工作原理與應(yīng)用方法； 能掌握DAC0832與51單片機(jī)的接口方法； 能掌握信號(hào)發(fā)生器的硬件電路的分析與設(shè)計(jì)方法； 能熟練編寫信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種波形信號(hào)的單片機(jī)控制程序。,學(xué)習(xí)目標(biāo),敘述D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)要求； 敘述DAC0832的工作原理； 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的信號(hào)發(fā)生器的工作電路； 編寫信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生各種波形信號(hào)的單片機(jī)控制程序。,工作任務(wù),任務(wù)9.1 燈光亮度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 任務(wù)9.2 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 項(xiàng)目拓展 串行D/A轉(zhuǎn)換芯片PCF8591在實(shí)驗(yàn)板 上的應(yīng)用 項(xiàng)目小結(jié) 思考與訓(xùn)練,項(xiàng)目9 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),任務(wù)9.1 燈光亮度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì),D/A轉(zhuǎn)換的功能就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。 基本的D/A轉(zhuǎn)換器由電壓基準(zhǔn)或電流基準(zhǔn)、精密電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)及全電流求和電路構(gòu)成。,9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理,1．D/A 轉(zhuǎn)換器的分類 按工作方式分：并行D/A轉(zhuǎn)換器（權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器、 R- 2R T型D/A轉(zhuǎn)換器） 串行D/A轉(zhuǎn)換器 間接D/A轉(zhuǎn)換器,按D/A轉(zhuǎn)換的分辨率分：低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器 中分辨率D/A轉(zhuǎn)換器 高分辨率D/A轉(zhuǎn)換器,按模擬量輸出方式分：電流輸出D/A轉(zhuǎn)換器 電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器,按模擬電子開關(guān)電路的不同分： CMOS開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器（速度要求不高) 雙極型開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器 電流開關(guān)型（速度要求較高） ECL電流開關(guān)型（轉(zhuǎn)換速度更高）,,2．D/A 轉(zhuǎn)換器的組成,D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓等幾部分組成。 以R-2R T型D/A轉(zhuǎn)換器為例，其由基準(zhǔn)電壓Vref、T型（R-2R）電阻網(wǎng)絡(luò)、位切換開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。,3．D/A 轉(zhuǎn)換器的工作原理,數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的位權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其位權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，實(shí)現(xiàn)數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換。,R-2R T型D/A轉(zhuǎn)換器工作原理：,圖9.1 R-2R T型D/A轉(zhuǎn)換器原理電路,,圖示的電路是一個(gè)3位二進(jìn)制數(shù)的D/A轉(zhuǎn)換電路，每位二進(jìn)制數(shù)控制一個(gè)開關(guān)S。當(dāng)?shù)趇位的數(shù)碼為“0”時(shí)，開關(guān)Si打在左邊；當(dāng)?shù)趇位的數(shù)碼為“1”時(shí)，開關(guān)Si打在右邊。當(dāng)S0接通時(shí)， I0′＝ I0〞＝ I0 ， I1′＝ I0′+ I0〞＝ 2I0 同理 I1′＝ I1〞＝ I1 ， I2′＝ 2I1 I2′＝ I2〞＝ I2 ， I ＝ 2I2 推出 I0 ＝ I/8 ，I1 ＝ I/4 ，I2 ＝ I/2 ∑I ＝ I0 + I1 + I2 ＝（1/8 + 1/4 + 1/2）I ＝ - Uref（1/8 + 1/4 + 1/2）/R,,將上式推廣到n位二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，可得一般表達(dá)式 ∑I＝- Uref（a0/2n + a1/2n-1 + … + an-1/21 +an/20）/R 則輸出電壓為 Uo＝（∑I）Rf＝-Uref（a0/2n+ a1/2n-1+…+an-1/21+an/20）Rf/R,輸出電壓會(huì)因器件誤差、集成運(yùn)放的非理想特性而產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)換誤差。,,一般D/A轉(zhuǎn)換器：,ＵOUT ＝ BUr 其中：Ur為常量，由參考Uref決定。 B為輸入數(shù)字量，為二進(jìn)制數(shù)。B可為8位、12位、16 位等，由DAC芯片型號(hào)決定。 當(dāng)B為n位時(shí)： B＝bn-1bn-2…b1b0＝bn-12n-1+ bn-22n-2+…+ b121+b020 式中，bn-1為最高位；b0為最低位。,,1．分辨率 分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述，與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)。如果數(shù)字量的位數(shù)為n，則D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/2n。即數(shù)/模轉(zhuǎn)換器能對(duì)滿刻度的1/2n輸入量作出反應(yīng)。,9.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標(biāo),分辨率＝輸出模擬量的滿量程值／2n,如：8位數(shù)的分辨率為1/256，10位數(shù)分辨率為1/1024,通常用D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。,D/A轉(zhuǎn)換器常可分為8位、10位、12位三種。,,2．精度,如果不考慮D/A的轉(zhuǎn)換誤差，D/A轉(zhuǎn)換的精度為其分辨率的大小。因此，要獲得一定精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，首要條件是選擇有足夠分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器。,轉(zhuǎn)換速度是DAC每秒可以轉(zhuǎn)換的次數(shù)，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換為模擬量輸出所需的時(shí)間。當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電流時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間較短；當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式為電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間要加上運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間而長(zhǎng)一點(diǎn)，一般在幾十微秒內(nèi)。,3．轉(zhuǎn)換速度,,4．建立時(shí)間,建立時(shí)間是指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差(1/2)LSB(最低有效位)時(shí)所需的時(shí)間，即輸入的數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)的數(shù)字范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 通常以建立時(shí)間來表示轉(zhuǎn)換速度。,輸入編碼形式是指D/A轉(zhuǎn)換電路輸入的數(shù)字量的形式。如二進(jìn)制碼、BCD碼等。,5．輸入編碼形式,,6．線性度,線性度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性與理想直線之間的最大誤差，或最大偏移。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為0.01%～0.03％。,大部分D/A轉(zhuǎn)換芯片是電壓型輸出，一般為5～10V；也有高壓輸出型的，為24～30V。有一些是電流型的輸出，低者為20mA左右，高者可達(dá)3A。,7．輸出電平,8．尖峰,尖峰是輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)誤差。通常尖峰的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，但幅度很大。在許多場(chǎng)合是不允許有尖峰存在的，應(yīng)采取措施予以消除。,,正確了解D/A轉(zhuǎn)換器件的技術(shù)性能參數(shù)，對(duì)于合理選用轉(zhuǎn)換芯片、正確設(shè)計(jì)接口電路十分重要。,D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)很多，但在選用合適的芯片型號(hào)時(shí)主要考慮的是它的分辨率、精度和轉(zhuǎn)換速度。,,目前單片機(jī)系統(tǒng)常用的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度有8位、10位、12位等，與單片機(jī)的接口方式有并行接口、串行接口。,9.1.3 DAC0832芯片及其與單片機(jī)接口電路,1．DAC0832芯片介紹,（1）DAC0832的性能 8位D/A轉(zhuǎn)換器，單電源供電，在+5～+15 V范圍均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為10V；電流建立時(shí)間為1μs；CMOS工藝，低功耗(僅為20 mW)。,DAC0832主要特性： 輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)； 轉(zhuǎn)換時(shí)間（電流建立時(shí)間）為１μｓ； 數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式； 增益溫度補(bǔ)償為0.02%FS/℃； 每次輸入數(shù)字為8位二進(jìn)制數(shù)； 低功耗，20mW； 邏輯電平輸入與TTL兼容； 基準(zhǔn)電壓的范圍為10V； 單電源供電，可在＋5～＋15V 內(nèi)正常工作。,（2）DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu),該轉(zhuǎn)換器由輸入寄存器和DAC寄存器構(gòu)成兩級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存。使用時(shí)數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存(雙鎖存)形式，或單級(jí)鎖存(一級(jí)鎖存，一級(jí)直通)形式，或直接輸入(兩級(jí)直通)形式。 此外，由3個(gè)與門電路可組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制。當(dāng) =0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng) =1時(shí)，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。 D/A轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)R-2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。,（3）DAC0832的引腳 DAC0832為20引腳、雙列直插式封裝。,Vcc：電源線。DAC0832的電源可以在＋5～＋15V內(nèi)變化。典型使用時(shí)用+15V電源。 AGND和DGND：AGND為模擬量地線，DGND為數(shù)字量地線。使用時(shí)，這兩個(gè)接地端應(yīng)始終連在一起。,CS：片選輸入信號(hào)，低電平有效。只有當(dāng)CS=0時(shí)，這片DAC0832才被選中。 DI0～DI7：8位數(shù)字量輸入端。應(yīng)用時(shí)，如果數(shù)據(jù)不足8位，則不用的位一般接地。,,ILE：輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。只有當(dāng)ILE=1時(shí)，輸入數(shù)字量才可能進(jìn)入8位輸入寄存器。 WR1：寫信號(hào)1，低電平有效，控制輸入寄存器的寫入。ILE和WR1信號(hào)控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1且WR1=0時(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1且WR1=1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。 WR2：寫信號(hào)2，低電平有效，控制DAC寄存器的寫入。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制輸入信號(hào)，低電平有效，控制數(shù)據(jù)從輸入寄存器到DAC寄存器的傳送。WR2和XFER信號(hào)控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)WR2=0且XFER =0時(shí)，為DAC寄存器直通方式；當(dāng)WR2=1或XFER =1時(shí)，為DAC寄存器鎖存方式。,,,,,,,,,,,,Vref：參考電壓線。Vref接外部的標(biāo)準(zhǔn)電源，與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負(fù)，范圍為－10～＋10V。 Iout1和Iout2：電流輸出端。Iout1為DAC電流輸出1，當(dāng)DAC寄存器中的數(shù)據(jù)為0xFF時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器中的數(shù)據(jù)為0x00時(shí)，輸出電流為０。Iout2為DAC電流輸出2。DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是Iout1＋I(xiàn)out2=常數(shù)。在實(shí)際使用時(shí)，總是將電流轉(zhuǎn)為電壓來使用，即將Iout1和Iout2加到一個(gè)運(yùn)算放大器的輸入端。,Rfb：運(yùn)算放大器的反饋電阻端，電阻（15kΩ）已固化在芯片中。因?yàn)镈AC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時(shí)需在兩個(gè)電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb即為運(yùn)算放大器的反饋電阻。,圖9.5 運(yùn)算放大器的接法,（4）DAC0832的工作原理,將數(shù)字量的每一位按權(quán)值分別轉(zhuǎn)換成模擬量，再通過運(yùn)算放大器求和相加，D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè)解碼網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)按權(quán)值分別進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。,（5）DAC0832的輸出,DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。,圖9.6 DAC0832單極性電壓輸出電路,單極性輸出運(yùn)放： Vout＝－Iout1Rfb ＝－BVref/256,雙極性輸出運(yùn)放： Vout ＝ －( Vout1/R ＋Vref/2R )2R ＝ －2Vout1－Vref ＝ 2BVref/256－Vref ＝ BVref/128－Vref ＝ Vref(B－128)/128,圖9.7 DAC0832雙極性電壓輸出電路,當(dāng)Vref為正，數(shù)字量在0x01～0x7F之間變化時(shí)，Vout為負(fù)值；當(dāng)數(shù)字量在0x80～0xFF之間變化時(shí)，Vout為正值。,（1）直通方式下的接口電路 直通方式是數(shù)據(jù)直接輸入(兩級(jí)直通)的形式。 兩個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器都處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，LE1=1，LE2=1，ILE=1，而WR1、WR2、CS和XFER均為0。輸入數(shù)據(jù)直接送到內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器去轉(zhuǎn)換。,2．DAC0832與51單片機(jī)的接口電路,DAC0832的工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式,圖9.8 直通方式下89C51與DAC0832的連接圖,（2）單緩沖方式下的接口電路 單緩沖方式是單級(jí)鎖存(一級(jí)鎖存，一級(jí)直通)形式， 就是使DAC0832的兩個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式，或者兩個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器處于同時(shí)受控的方式，即同時(shí)送數(shù)，同時(shí)鎖存。,① 在單緩沖工作方式下，可以將8位DAC寄存器置于直通方式。為此，應(yīng)將WR2和XFER接地，而輸入寄存器的工作狀態(tài)受單片機(jī)的控制。,WR=0，P2.7=0， DAC0832的地址為 0x7FFF， 將數(shù)字量0x08轉(zhuǎn)換為模擬量的程序： #define DAC0832 XBYTE[0x7FFF] DAC0832=0x08； 或 output(0x7FFF，0x08)；,②兩個(gè)輸入寄存器同時(shí)受控的連接方法，WR1和WR2一起接89C51的WR，CS和XFER共同接89C51的P2.7，因此兩個(gè)寄存器的地址相同。,（3）雙緩沖方式下的接口電路 雙緩沖方式的數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存(雙鎖存)的形式，就是把DAC0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。DAC0832的WR1、WR2、CS和XFER都受單片機(jī)送來的信號(hào)的控制。,當(dāng) WR=0，P2.7=0，P2.6=1，8位輸入寄存器處于送數(shù)狀態(tài)， 8位DAC寄存器處于鎖存狀態(tài)，不能進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。,雙緩沖方式下89C51與兩片DAC0832的連接圖,如DAC0832的8位輸入寄存器地址為0x7FFF， WR=0，P2.7=1，P2.6=0，8位DAC寄存器處于送數(shù)據(jù)狀態(tài)，開始進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832的8位DAC寄存器的地址為0xBFFF，將一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的程序：,#define DAC0832_1 XBYTE[0xBFFF] #define DAC0832_2 XBYTE[0x7FFF] DAC0832_1=0x08； DAC0832_2=0x08； 或 output(0xBFFF, 0x08) ； output(0x7FFF, 0x08) ；,1．任務(wù)要求,9.1.4 燈光亮度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì),用AT89C51單片機(jī)和DAC0832控制一個(gè)發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管的亮度逐漸變暗，再逐漸變亮，不斷循環(huán)。,2．任務(wù)分析,改變發(fā)光二極管的亮度，就要改變通過發(fā)光二極管的電流。方法很多，利用AT89C51控制DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，DAC0832的輸出轉(zhuǎn)換成電壓去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。當(dāng)DAC0832的輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出電壓改變，通過發(fā)光二極管的電流變化，發(fā)光二極管的亮度就改變。,3．任務(wù)設(shè)計(jì),（1）器件選擇,（2）硬件原理圖設(shè)計(jì) DAC0832單緩沖方式， P2和P0決定地址，片選信號(hào)CS低電平有效，P2.7為0，DAC0832的地址為0x7FFF。,（3）軟件程序設(shè)計(jì)： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define DAC0832 XBYTE[0x7FFF] //延時(shí)子程序 void DelayMS(uint x) { uchar t; while(x--) for(t=0;t120;t++); },//主程序控制燈光亮度變化 void main() { uchar i; while(1) {for(i=256;i0;i--) {AC0832=i; DelayMS(1); } for(i=0;i256;i++) {AC0832=i; DelayMS(1); } } },（4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試 在Protus環(huán)境下，將編譯好的軟件下載到AT89C51中運(yùn)行，可以看到LED燈如任務(wù)要求的一樣先由亮逐漸變暗，再由暗逐漸變亮。,1．任務(wù)要求,任務(wù)9.2 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),用單片機(jī)AT89C51和D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832組成的信號(hào)發(fā)生器生成要求周期和幅度（0V~+5V）的鋸齒波、三角波、方波或正弦波。,2．任務(wù)分析,鋸齒波：向DAC0832反復(fù)送入0x00~0xFF數(shù)據(jù)，就會(huì)生成 幅度為0V~+5V的鋸齒波 三角波：向DAC0832反復(fù)送入0x00~0xFF和0xFF ~0x00數(shù) 據(jù)，就會(huì)生成幅度為0V~+5V的三角波,方波：向DAC0832送入一定時(shí)長(zhǎng)的0x00和一定時(shí)長(zhǎng)的0xFF， 就會(huì)生成幅度為0V~+5V的方波,波形的周期與單片機(jī)的機(jī)器周期和程序中的延時(shí)長(zhǎng)短相關(guān)。,正弦波：等時(shí)間間隔分割正弦信號(hào)，計(jì)算出分割時(shí)刻的信 號(hào)幅值，將幅值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量存儲(chǔ)到ROM中，然后 用查表的方法取出這些取樣值，送到DAC0832轉(zhuǎn)換 后輸出，那么輸出信號(hào)就是正弦波形。,如：波形頻率為50Hz的正弦波信號(hào)， 正弦波信號(hào)以5作為1個(gè)階梯， 則分成 360／5＝72份， 時(shí)間間隔為 20ｍｓ／72＝0.278ms。 當(dāng)參考電壓為－5V時(shí)，72個(gè)采樣值、輸 出電壓值、正弦值、角度如表9.2所示。,表9.2 正弦波數(shù)據(jù)表,3．任務(wù)設(shè)計(jì),（1）器件選擇,（2）硬件原理圖設(shè)計(jì) DAC0832工作于單緩沖方式，地址為0x7FFF。Vref接－5V電壓，輸出的單極性電壓在0～＋5V之間變化。,（3）軟件程序設(shè)計(jì)： ①產(chǎn)生鋸齒波的源程序如下： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define DAC0832 XBYTE[0x7FFF] //延時(shí)子程序 void DelayMS(uint x) { uchar t; while(x--) for(t=0;t120;t++); },// 主程序生成鋸齒波 void main() { uchar i; while(1) {for(i=0;i256;i++) DAC0832=i; DelayMS(1); } },②產(chǎn)生三角波的源程序如下： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define DAC0832 XBYTE[0x7FFF] //延時(shí)子程序 void DelayMS(uint x) { uchar t; while(x--) for(t=0;t120;t++); },// 主程序生成三角波 void main() { uchar i; while(1) {for(i=0;i0;i--) DAC0832=i; DelayMS(1); } },③產(chǎn)生正弦波的源程序如下： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define DAC0832 XBYTE[0x7FFF],//初始化正弦波波形數(shù)據(jù)數(shù)組 uchar code data[ ]={0x7F，0x8A，0x95，0xA0，0xAB，0XB5， 0xBF，0xC8，0xD1，0xD9，0xE1，0xE7，0xED，0xF3， 0xF7，0xFA，0xFD，0xFE，0xFF，0xFE，0xFD，0xFA， 0xBF，0xF3，0xED，0xE7，0xE1，0xD9，0xD1，0xC8， 0xBF，0xB5，0xAB，0xA0，0x95，0x8A，0x7F，0x75， 0x6A，0x5F，0x54，0x4A，0x40，0x36，0x2D，0x25， 0x1E，0x17，0x11，0x0C，0x07，0x04，0x02，0x01， 0x00，0x01，0x02，0x04，0x07，0x0C，0x11，0x17， 0x1E，0x25，0x2D，0x36，0x40，0x4A，0x54，0x5F， 0x6A，0x75}；,//延時(shí)子程序 void DelayMS(uint x) { uchar t; while(x--) for(t=0;t120;t++); } //主程序生成正弦波 void main() { uchar i; while(1) {for(i=0;i72;i++) DAC0832= data[i]; DelayMS(1); } },（4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試 將上面相應(yīng)波形的程序編譯為*.hex文件后，在Proteus繪制的原理圖中，將*.hex文件加載到單片機(jī)AT89C51中運(yùn)行，在虛擬示波器上可以看到對(duì)應(yīng)的波形圖。在Proteus仿真運(yùn)行過程中可能會(huì)提示CPU過載，這時(shí)虛擬示波器可能會(huì)無法實(shí)時(shí)顯示波形，可將虛擬示波器通道A中指向1的黃色旋鈕從1開始先正向旋轉(zhuǎn)一圈，再反向旋轉(zhuǎn)一圈，這樣會(huì)使虛擬示波器盡快刷新顯示波形。,1．PCF8591簡(jiǎn)介,項(xiàng)目拓展 串行D/A轉(zhuǎn)換芯片PCF8591在實(shí)驗(yàn)板上的應(yīng)用,PCF8591是一個(gè)單片集成的具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器，有4路A/D輸入，1路D/A輸出。PCF8591的輸入輸出地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。,PCF8591的主要特性： 單獨(dú)供電 PCF8591的操作電壓范圍+2.5V~+6V 低待機(jī)電流 通過IC總線串行輸入/輸出 PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址 PCF8591的采樣率由IC總線速率決定 4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 自動(dòng)增量頻道選擇 PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路 8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器 通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益,2．PCF8591內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,3．PCF8591引腳功能,4．PCF8591工作原理,PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址（1001）、引腳地址（由A0~A2接地或+5V來確定，接地代表0，接+5V代表1）、方向位（即R/W）組成。在I2C總線系統(tǒng)中最多可接8個(gè)這樣的器件。,表9.5 PCF8591總線地址,R/W=1表示讀操作，R/W=0表示寫操作。如果將A0~A2接地，則讀地址為91H；寫地址為90H。 地址字節(jié)：由器件地址、引腳地址、方向位組成，它是通信時(shí)主機(jī)發(fā)送的第一字節(jié)數(shù)據(jù)。 控制字節(jié)：用于控制PCF8951的輸入方式、輸入通道、D/A轉(zhuǎn)換等，是通信時(shí)主機(jī)發(fā)送的第二字節(jié)數(shù)據(jù)，其格式如下表。,,,,,,,,,,,,,,,,,D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入和A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出都是通過I2C總線串行輸入和輸出的。因此PCF8951中I2C總線的通信格式包括寫數(shù)據(jù)格式和讀數(shù)據(jù)格式。,,,,,,,,,,,,,,,,,PCF8591的I2C總線寫數(shù)據(jù)格式：,PCF8591的I2C總線讀數(shù)據(jù)格式：,5．I2C總線,（1）I2C總線數(shù)據(jù)位的傳輸,I2C總線上每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位必須產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖，I2C總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行砸骃DA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘線SCL的高電平期間保存穩(wěn)定，數(shù)據(jù)線的改變只能在時(shí)鐘線為低電平期間。,I2C總線由2根線：串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL）。,總線上的每一個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址。,（2）I2C總線數(shù)據(jù)的傳輸,數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)答：相應(yīng)的應(yīng)答位由接收方（從機(jī)）產(chǎn)生，在應(yīng)答的時(shí)鐘脈沖期間，發(fā)送方（主機(jī)）應(yīng)釋放SDA線（使其為高電平）。在應(yīng)答過程中，接收方（從機(jī)）必須將數(shù)據(jù)線SDA拉低，使它在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。,數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)格式：發(fā)送到SDA線上的每一個(gè)字節(jié)必須為8位，每次發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，從機(jī)在接收完一個(gè)字節(jié)后向主機(jī)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位，主機(jī)在收到從機(jī)應(yīng)答后才會(huì)發(fā)送第二字節(jié)數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)數(shù)據(jù)的最高位。,（3） I2C總線的傳輸協(xié)議,主機(jī)寫數(shù)據(jù)到從機(jī)的通信格式：,主機(jī)從從機(jī)中讀數(shù)據(jù)的通信格式：,6. 實(shí)驗(yàn)板上鋸齒波信號(hào)的輸出,（1）STC89C52控制PCF8591生成鋸齒波信號(hào)的電路設(shè)計(jì),將U15的J23的19和20腳用杜邦線與J8的SDA和SCL腳連接。,（2）生成鋸齒波的軟件設(shè)計(jì),① 主程序main.c： // PCF8591 的DA轉(zhuǎn)換程序 #include #include “i2c.h“ #define AddWr 0x90 //寫數(shù)據(jù)地址 #define AddRd 0x91 //讀數(shù)據(jù)地址 //鋸齒波數(shù)據(jù)表，表格數(shù)值越多，波形越平滑 unsigned char code tab[] = { 0,10,20,30,40,50,60,70,80,90, 100, 110,120,130,140,150,160,170,180, 190,200, 210,220,230,240,250 }; //定義全局變量 extern bit ack;,//寫入DA轉(zhuǎn)換數(shù)值，dat表示需要輸入轉(zhuǎn)換的DA數(shù)值，從0-255 bit WriteDAC(unsigned char dat,unsigned char num) { unsigned char i; Start_I2c(); //啟動(dòng)總線 SendByte(AddWr); //發(fā)送器件地址 if(ack==0) return(0); SendByte(0x40); //發(fā)送器件子地址 if(ack==0) return(0); for(i=0;inum;i++) { SendByte(dat); //發(fā)送數(shù)據(jù) if(ack==0) return(0); } Stop_I2c(); },//主程序 main() { unsigned char i; while (1) { for(i=0;i26;i++) WriteDAC(tab1[i],1); } },②I2C頭文件i2c.h： #ifndef __I2C_H__ #define __I2C_H__ #include //頭文件的包含 #include #define _Nop() _nop_() //定義空指令 //啟動(dòng)總線 void Start_I2c(); //結(jié)束總線 void Stop_I2c(); //字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) void SendByte(unsigned char c); #endif,③I2C程序i2c.c： //函數(shù)是采用軟件延時(shí)的方法產(chǎn)生SCL脈沖, 晶振頻率是12MHz，即機(jī)器周期為1us #include “i2c.h“ #define _Nop() _nop_() //定義空指令 bit ack; //應(yīng)答標(biāo)志位 sbit SDA=P2^1; sbit SCL=P2^0;、 //啟動(dòng)總線 void Start_I2c() { SDA=1; //發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號(hào) _Nop(); SCL=1; _Nop(); //起始條件建立時(shí)間大于4.7us,延時(shí) _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();,SDA=0; //發(fā)送起始信號(hào) _Nop(); //起始條件鎖定時(shí)間大于4μ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; //鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) _Nop(); _Nop(); } //結(jié)束總線 void Stop_I2c() { SDA=0; //發(fā)送結(jié)束條件的數(shù)據(jù)信號(hào) _Nop(); //發(fā)送結(jié)束條件的時(shí)鐘信號(hào) SCL=1; //結(jié)束條件建立時(shí)間大于4μ _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; //發(fā)送I2C總線結(jié)束信號(hào) _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); },//字節(jié)數(shù)據(jù)傳送函數(shù) void SendByte(unsigned char c) { unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt++) //要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位 { if((cBitCnt) },_Nop(); _Nop(); SDA=1; //8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備接收應(yīng)答位 _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA==1) ack=0; else ack=1; //判斷是否接收到應(yīng)答信號(hào) SCL=0; _Nop(); _Nop(); },將上面的幾個(gè)程序放入Kiel C51的一個(gè)工程文件中進(jìn)行編譯，生成*.hex文件后，通過USB口下載到實(shí)驗(yàn)板中。程序運(yùn)行之后，用示波器測(cè)量J33的上面一個(gè)OUT腳，調(diào)節(jié)示波器，可以清晰地看到鋸齒波波形。,注意：在使用PCF8591進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，硬件電路連接非常簡(jiǎn)單，軟件相對(duì)比較復(fù)雜，單片機(jī)通過I2C總線發(fā)送數(shù)字信號(hào)，所以一定要嚴(yán)格按照I2C總線的通信格式要求發(fā)送數(shù)據(jù)。,項(xiàng)目小結(jié),本項(xiàng)目介紹了單片機(jī)常用的外接8位并行D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的原理和應(yīng)用。通過兩個(gè)任務(wù)學(xué)習(xí)了采用單片機(jī)和DAC0832實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。 DAC0832完成數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換后是以電流形式輸出，必須外接運(yùn)算放大器把電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。DAC0832 與單片機(jī)根據(jù)接口方式不同有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的工作方式。 在介紹并行D/A轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用之后，以PCF8591為例介紹了串行D/A轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)、工作原理以及在實(shí)驗(yàn)板上的應(yīng)用方法。,思考與訓(xùn)練,（一）知識(shí)思考： 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中為什么要進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換，它們的作用是什么？ DAC0832與8051單片機(jī)接口時(shí)有哪些控制信號(hào)？作用分別是什么？ 使用DAC0832時(shí)，單緩沖方式如何工作？雙緩沖方式如何工作？它們各占用8051外部RAM的哪幾個(gè)單元？軟件編程有什么區(qū)別？ 怎樣用DAC0832得到電壓輸出信號(hào)？有哪幾種方法？ 多片D/A轉(zhuǎn)換器為什么必須采用雙緩沖接口方式？ PCF8591的主要特點(diǎn)是什么？簡(jiǎn)述其工作原理。 PCF8591輸入和輸出數(shù)字信號(hào)的格式各是怎樣的？ I2C總線的特點(diǎn)和通信格式是怎樣的？,（二）項(xiàng)目訓(xùn)練： 1． 試用DAC0832芯片設(shè)計(jì)單緩沖方式的D/A轉(zhuǎn)換器接口電路，并編寫2個(gè)程序，分別使DAC0832輸出負(fù)向鋸齒波和15個(gè)正向階梯波。 2． 根據(jù)圖9.17的電路接法，判斷DAC0832是工作在直通方式、單緩沖方式還是雙緩沖方式？欲用DAC0832產(chǎn)生如圖9.18所示波形，則如何編程？（設(shè)滿量程電壓5V，周期為2s）。 3． 參照任務(wù)2，將圖9.18的硬件電路作修改，設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的信號(hào)發(fā)生器，通過按鍵控制輸出鋸齒波、三角波、方波或正弦波，并寫出完整的程序。,