單片機(jī)課程設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器 姓 名: 專業(yè)班級(jí): 08級(jí)電信2班 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師: 目錄（一）74hc573的應(yīng)用-3（二）74ls138芯片應(yīng)用-5（三）dac0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖-7（四）運(yùn)算放大器的應(yīng)用-11（五）d/a轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)-15（六）dac0832的應(yīng)用-16（七）低頻信號(hào)發(fā)生器軟件編程-18（一）74hc573的應(yīng)用高性能硅門cmos 器件sl74hc573 跟ls/al573 的管腳一樣。器件的輸入是和標(biāo)準(zhǔn)cmos 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和ls/alsttl 輸出兼容。當(dāng)鎖存使能端為高時(shí)，這些器件的鎖存對(duì)于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說(shuō)輸出同步）。當(dāng)鎖存使

2、能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保持時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存。輸出能直接接到cmos，nmos 和ttl 接口上操作電壓范圍：2.0v6.0v低輸入電流：1.0uacmos 器件的高噪聲抵抗特性管腿安排：功能表：輸入 輸出輸出使能 鎖存使能 d ql h h hl h l ll l x 不變h x x zx=不用關(guān)心z高阻抗邏輯圖：（二）74ls138芯片應(yīng)用 74ls138芯片是常用的3-8線譯碼器，ls是ttl的 ，他的coms版本叫74hc138。常用在單片機(jī)和數(shù)字電路的譯碼電路中，74ls138真值表是大家最常查詢的，下面我給大家介紹一下他的相關(guān)資料，以方便各位同學(xué)或者朋友。真值表：上表中x表示為任

3、意輸入狀態(tài)，在片選使用狀態(tài)下輸入中8線始終只有1線為0， 此74hc138芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中極大限度的起到了擴(kuò)展io資源的作用，只要用單片機(jī)的2個(gè)io引腳資源就能控制8個(gè)輸出，而且程序的編制也容易實(shí)現(xiàn)。拓展式（3.3.8）表明時(shí)第（1）片74ls138工作而第（2）片74ls138禁止，將的00000111這8個(gè)代碼譯成8個(gè)低電平信號(hào)。而式（3.3.9）表明時(shí)，第（2）片74ls138工作，第（1）片74ls138禁止，將的10001111這8個(gè)代碼譯成8個(gè)低電平信號(hào)。這樣就用兩個(gè)3線8線譯碼器擴(kuò)展成一個(gè)4線16線的譯碼器了。同理，也可一用兩個(gè)帶控制端的4線16線譯碼器接成一個(gè)5線-32線譯碼

4、器。例2 74ls138 38譯碼器的各輸入端的連接情況及第六腳（）輸入信號(hào)a的波形如下圖所示。試畫出八個(gè)輸出引腳的波形解：由74ls138的功能表知，當(dāng)（a為低電平段）譯碼器不工作，8個(gè)輸出引腳全為高電平，當(dāng)（a為高電平段）譯碼器處于工作狀態(tài)。因所以其余7個(gè)引腳輸出全為高電平，因此可知，在輸入信號(hào)a的作用下，8個(gè)輸出引腳的波形如下：即與a反相；其余各引腳的輸出恒等于1（高電平）與a的波形無(wú)關(guān)。（三）dac0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖dac0832是采樣頻率為八位的d/a轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使dac0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如

5、要求多路d/a異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于dac0832應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖： d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)rfb端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。dac0832邏輯輸入滿足ttl電平，可直接與ttl電路或微機(jī)電路連接。d/a轉(zhuǎn)換器dac0832dac0832是采用cmos工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖4-82所示，它由倒t型r-2r電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓vref四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量v0為： 圖4-82由上式可見(jiàn)，輸出的模擬量

6、與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。數(shù)/模（d/a）轉(zhuǎn)換器d/a轉(zhuǎn)換器是接收數(shù)字量，輸出一個(gè)與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電流或電壓信號(hào)的模擬量接口。d/a轉(zhuǎn)換器被廣泛用于計(jì)算機(jī)函數(shù)發(fā)生器、計(jì)算機(jī)圖形顯示以及與a/d轉(zhuǎn)換器相配合的控制系統(tǒng)等。 d/a轉(zhuǎn)換原理數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)字權(quán)疊加而得的。d/a轉(zhuǎn)換器品種繁多，有權(quán)電阻dac、變形權(quán)電阻dac、t型電阻dac、電容型dac和權(quán)電流dac等。為了掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理，必須先了解運(yùn)算放大器和電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)的工作原理和特點(diǎn)。（四）運(yùn)算放大器的應(yīng)用1. 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器有三個(gè)特點(diǎn)：開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達(dá)10萬(wàn)。

7、在正常情況下，運(yùn)算放大器所需要的輸入電壓非常小。輸入阻抗非常大。運(yùn)算放大器工作時(shí)，輸入端相當(dāng)于一個(gè)很小的電壓加在一個(gè)很大的輸入阻抗上，所需要的輸入電流也極小。輸出阻抗很小，所以，它的驅(qū)動(dòng)能力非常大。2.由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的d/a轉(zhuǎn)換器利用運(yùn)算放大器各輸入電流相加的原理，可以構(gòu)成如圖10.7所示的、由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成的、最簡(jiǎn)單的4位d/a轉(zhuǎn)換器。圖中，v0是一個(gè)有足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)電源。運(yùn)算放大器輸入端的各支路對(duì)應(yīng)待轉(zhuǎn)換資料的d0，d1，dn-1位。各輸入支路中的開(kāi)關(guān)由對(duì)應(yīng)的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為1，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合；如果數(shù)字為0，則對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。各輸入支路中的電阻分別為r，2

8、r，4r，這些電阻稱為權(quán)電阻。假設(shè)，輸入端有4條支路。4條支路的開(kāi)關(guān)從全部斷開(kāi)到全部閉合，運(yùn)算放大器可以得到16種不同的電流輸入。這就是說(shuō)，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)，可以把0000b1111b轉(zhuǎn)換成大小不等的電流，從而可以在運(yùn)算放大器的輸出端得到相應(yīng)大小不同的電壓。如果數(shù)字0000b每次增1，一直變化到1111b，那么，在輸出端就可得到一個(gè)0v0電壓幅度的階梯波形。3.采用t型電阻網(wǎng)絡(luò)的d/a轉(zhuǎn)換器從圖10.7可以看出，在d/a轉(zhuǎn)換中采用獨(dú)立的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的d/a轉(zhuǎn)換器，就需要r，2r，4r，128r共8個(gè)不等的電阻，最大電阻阻值是最小電阻阻值的128倍，而且對(duì)這些電阻的精度要求比較高

9、。如果這樣的話，從工藝上實(shí)現(xiàn)起來(lái)是很困難的。所以，n個(gè)如此獨(dú)立輸入支路的方案是不實(shí)用的。在dac電路結(jié)構(gòu)中，最簡(jiǎn)單而實(shí)用的是采用t型電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替單一的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)只需要r和2r兩種電阻。在集成電路中，由于所有的組件都做在同一芯片上，電阻的特性可以做得很相近，而且精度與誤差問(wèn)題也可以得到解決。圖10.8是采用t型電阻網(wǎng)絡(luò)的4位d/a轉(zhuǎn)換器。4位元待轉(zhuǎn)換資料分別控制4條支路中開(kāi)關(guān)的倒向。在每一條支路中，如果（資料為0）開(kāi)頭倒向左邊，支路中的電阻就接到地；如果（資料為1）開(kāi)關(guān)倒向右邊，電阻就接到虛地。所以，不管開(kāi)關(guān)倒向哪一邊，都可以認(rèn)為是接“地”。不過(guò)，只有開(kāi)關(guān)倒向右邊時(shí)，才能給運(yùn)算放

10、大器輸入端提供電流。t型電阻網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)a的左邊為兩個(gè)2r的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻為r，節(jié)點(diǎn)b的左邊也是兩個(gè)2r的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻也是r，依次類推，最后在d點(diǎn)等效于一個(gè)數(shù)值為r的電阻接在參考電壓vref上。這樣，就很容易算出，c點(diǎn)、b點(diǎn)、a點(diǎn)的電位分別為-vref/2，-vref/4，-vref/8。在清楚了電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和各節(jié)點(diǎn)的電壓之后，再來(lái)分析一下各支路的電流值。開(kāi)關(guān)s3，s2，s1，s0分別代表對(duì)應(yīng)的1位二進(jìn)制數(shù)。任一資料位di=1，表示開(kāi)關(guān)si倒向右邊；di=0，表示開(kāi)關(guān)si倒向左邊，接虛地，無(wú)電流。當(dāng)右邊第一條支路的開(kāi)關(guān)s3倒向右邊時(shí)，運(yùn)算放大器得到的輸入電流為-vref

11、/（2r），同理，開(kāi)關(guān)s2，s1，s0倒向右邊時(shí)，輸入電流分別為-vref/（4r），-vref/（8r），-vref/（16r）。如果一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為1111，運(yùn)算放大器的輸入電流i=-vref/（2r）-vref/（4r）-vref/（8r）-vref/（16r）=-vref/（2r）（20+2-1+2-2+2-3）=-vref/（24r）（23+22+21+20）相應(yīng)的輸出電壓v0=ir0=-vrefr0（24r）（23+22+21+20）將資料推廣到n位，輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間關(guān)系的一般表達(dá)式為：v0=-vrefr0/（2nr）（dn-12n-1+dn-2 2n-2+d121+d0

12、20） (di=1或0)上式表明，輸出電壓v0除了和待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)成比例外，還和網(wǎng)絡(luò)電阻r、運(yùn)算放大器反饋電阻r0、標(biāo)準(zhǔn)參考電壓vref有關(guān)。（五）d/a轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)在實(shí)現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)換時(shí)，主要涉及下面幾個(gè)性能參數(shù)。分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位增1所引起的輸出電壓增量）和最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量所有有效位全為1時(shí)的輸出電壓）之比， 例如，4位dac的分辨率為1/(24-1)=1/15=6.67%（分辨率也常用百分比來(lái)表示）。8位dac的分辨率為1/255=0.39%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。轉(zhuǎn)換精度。如果不考慮d/a轉(zhuǎn)換的誤差，dac轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小

13、，因此，要獲得高精度的d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的dac。d/a轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。dac的轉(zhuǎn)換誤差包括零點(diǎn)誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿刻度數(shù)字量輸入時(shí)，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了dac的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，有時(shí)也用最低位（lsb）的幾分之幾表示。例如，設(shè)vf

14、s為滿量程輸出電壓5v，n位dac的相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為0.1%，則最大誤差為0.1%vfs=5mv；若相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為1/2lsb，lsb=1/2n，則最大相對(duì)誤差為1/2n+1vfs。非線性誤差。d/a轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一般要求非線性誤差不大于1/2lsb。轉(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)間來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為1）時(shí)，dac的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值（比如，90%滿量程或1/2lsb滿量程）時(shí)所需要的時(shí)間。建立時(shí)間是d/a轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，

15、建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號(hào)dac的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。若輸出形式是電流，dac的建立時(shí)間是很短的；若輸出形式是電壓，dac的建立時(shí)間主要是輸出運(yùn)算放大器所需要的響應(yīng)時(shí)間。（六）dac0832的應(yīng)用1.dac0832的結(jié)構(gòu)dac0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10.9所示。dac0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號(hào)為ile；第二級(jí)鎖存器稱為dac寄存器，它的鎖存信號(hào)為傳輸控制信號(hào)。因?yàn)橛袃杉?jí)鎖存器，dac0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號(hào)的同時(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量，這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外，兩級(jí)鎖存器還可以在多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作

16、時(shí)，利用第二級(jí)鎖存信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步輸出。圖10.9中l(wèi)e為高電平、和為低電平時(shí)，為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當(dāng)由低變高時(shí)，為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時(shí)的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存器來(lái)說(shuō)，和同時(shí)為低電平時(shí)，為高電平，dac寄存器的輸出跟隨其輸入而變化；此后，當(dāng)由低變高時(shí)，變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的資料鎖存到dac寄存器中。2. dac0832的引腳特性dac0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如下：片選信號(hào)，和允許鎖存信號(hào)ile組合來(lái)決定是否起作用。ile允許鎖存信號(hào)。寫信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，將輸入資料鎖

17、存到輸入寄存器（此時(shí)，必須和、ile同時(shí)有效）。寫信號(hào)2，將鎖存在輸入寄存器中的資料送到dac寄存器中進(jìn)行鎖存（此時(shí)，傳輸控制信號(hào)必須有效）。傳輸控制信號(hào)，用來(lái)控制。di7di08位數(shù)據(jù)輸入端。iout1模擬電流輸出端1。當(dāng)dac寄存器中全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)dac寄存器中全為0時(shí)，輸出電流為0。iout2模擬電流輸出端2。iout1+iout2=常數(shù)。rfb反饋電阻引出端。dac0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，rfb端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。vref參考電壓輸入端。可接電壓范圍為10v。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過(guò)vref與t型電阻網(wǎng)

18、絡(luò)相連。vcc芯片供電電壓端。范圍為+5v+15v，最佳工作狀態(tài)是+15v。agnd模擬地，即模擬電路接地端。dgnd數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。3.dac0832的工作方式dac0832進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而dac寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說(shuō)，就是使和都為低電平，dac寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號(hào)ile處于高電平、處于低電平，這樣，當(dāng)端來(lái)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，就可以完成1次轉(zhuǎn)換。第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而dac寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使和為低電平，ile為高電平，這樣，輸入寄

19、存器的鎖存選通信號(hào)處于無(wú)效狀態(tài)而直通；當(dāng)和端輸入1個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得dac寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)上述對(duì)dac0832的輸入寄存器和dac寄存器不同的控制方法，dac0832有如下3種工作方式：?jiǎn)尉彌_方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和dac寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而把dac寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到dac寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個(gè)d/a轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。直通方式。直通方式是資料不經(jīng)兩級(jí)鎖存器鎖存，即，均接地，il

20、e接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過(guò)在使用時(shí)，必須通過(guò)另加i/o接口與cpu連接，以匹配cpu與d/a轉(zhuǎn)換。4.dac0832的外部連接dac0832的外部連接線路如圖10.10所示。（七） 低頻信號(hào)發(fā)生器軟件編程#include#include#define dac0832 xbyte0x8ffe#define uchar unsigned charsbit p32=p32;sbit p33=p33;sbit p34=p34;sbit p35=p35;uchar code sin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9

21、c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xf

22、f,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7

23、c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x0