第7章DA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

1、九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系第第7章章 DA轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系2知識與技能目標(biāo)知識目標(biāo)知識目標(biāo)：1 1、掌握、掌握D/AD/A轉(zhuǎn)換的基本知識。轉(zhuǎn)換的基本知識。2 2、掌握、掌握DAC0832DAC0832與單片機(jī)的硬件連接。與單片機(jī)的硬件連接。3 3、掌握、掌握D/AD/A轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)方法。轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)方法。技能目標(biāo)：技能目標(biāo)：1 1、掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的程序調(diào)試方法。、掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的程序調(diào)試方法。2 2、掌握、掌握D/AD/A轉(zhuǎn)換器硬件電路調(diào)試方法。轉(zhuǎn)換器硬件電路調(diào)試方法。 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系

2、九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系3工作任務(wù) 本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生器，本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生器，要求能輸出要求能輸出0.150Hz的正弦波、三角波和方波的正弦波、三角波和方波信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系4D/A轉(zhuǎn)換器 數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱為數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱為數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的器件叫轉(zhuǎn)換的器件叫數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）。轉(zhuǎn)換器）。

3、九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系57.1.1 D/A轉(zhuǎn)換的工作原理轉(zhuǎn)換的工作原理在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)首先將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號傳遞到數(shù)據(jù)寄在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)首先將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號傳遞到數(shù)據(jù)寄存器中，然后由模擬電子開關(guān)把數(shù)字信號的高低電平變成存器中，然后由模擬電子開關(guān)把數(shù)字信號的高低電平變成對應(yīng)的電子開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字量某位為對應(yīng)的電子開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字量某位為“1”時(shí)，電子開關(guān)時(shí)，電子開關(guān)將基準(zhǔn)電壓將基準(zhǔn)電壓VR接入電阻網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)支路，若為接入電阻網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)支路，若為“0”時(shí)，則時(shí)，則將該支路接地。各支路的電流信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)后，將該支路接地。各支路的電流信號經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)后，由運(yùn)

4、算放大器求和并轉(zhuǎn)換成電壓信號，作為由運(yùn)算放大器求和并轉(zhuǎn)換成電壓信號，作為D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的輸出。輸出。 D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系67.1.1 D/A轉(zhuǎn)換的工作原理轉(zhuǎn)換的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理-是用電阻解碼網(wǎng)絡(luò)將N位數(shù)字量逐位轉(zhuǎn)換成模擬量并求和。 BfbnREFONRRVV2I2I22I23I24I25I26I27I28九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系77.1.1 D/A轉(zhuǎn)換的工作原理轉(zhuǎn)換的工作原理九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系8由于數(shù)字量的不連續(xù)性，同時(shí)由于數(shù)字量的不連續(xù)性，

5、同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換及單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)都需要一定的時(shí)間，因此輸出換及單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)都需要一定的時(shí)間，因此輸出的模擬量隨時(shí)間的變化曲線是呈階梯狀不連續(xù)的曲的模擬量隨時(shí)間的變化曲線是呈階梯狀不連續(xù)的曲線。線。t越小輸出越光滑，可以近似認(rèn)為是連續(xù)的。7.1.1 D/A轉(zhuǎn)換的工作原理轉(zhuǎn)換的工作原理九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系97.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)分辨率分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生）發(fā)生變化時(shí)，所對應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化變化時(shí)，所對應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模

6、擬量的最小變化值。量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成示成FS / 。FS表示滿量程輸入值，表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制為二進(jìn)制位數(shù)。位數(shù)。n對于5V的滿量程，采用位的DAC時(shí)，分辨率為5V/25619.5mV；當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/40961.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。2n九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系10建立時(shí)間建立時(shí)間 n從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換為模擬量輸出所需的時(shí)間，反映D/A轉(zhuǎn)換器的速度快慢程度，一般電流型D/A轉(zhuǎn)換器比電壓型D/A轉(zhuǎn)換器快。轉(zhuǎn)換精

7、度轉(zhuǎn)換精度 n在D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，輸入數(shù)字量對應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差，主要包括失調(diào)誤差、增益誤差和非線性誤差等。7.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系117.2 8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832是使用非常普遍的位是使用非常普遍的位D/A轉(zhuǎn)換器，可以直接與單轉(zhuǎn)換器，可以直接與單片機(jī)接口。片機(jī)接口。DAC0832以以電流形式輸出電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。DAC0832主要特性：主要特性：分辨率位；分辨率位；電流建立時(shí)

8、間電流建立時(shí)間S；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié)；邏輯電平輸入與邏輯電平輸入與TTL電平兼容；電平兼容；單一電源供電（單一電源供電（5V15V）；）；低功耗，低功耗，20m。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系12 DAC0832由由，及及組成。組成。 D / A轉(zhuǎn)換器采用轉(zhuǎn)換器采用28=256級的級的倒倒R2R電阻電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)電壓譯碼網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)電壓Vref, D / A轉(zhuǎn)換器輸出為電流轉(zhuǎn)換器輸出為電流，經(jīng)過一個(gè)經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓輸出。外接的運(yùn)算

9、放大器轉(zhuǎn)換為電壓輸出。7.2.1 DAC0832引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)13數(shù)據(jù)傳送控制數(shù)據(jù)傳送控制輸入寄存器D/A轉(zhuǎn)換電路&LE23 AGND10 DGNDRfLE120 Vcc 812119VREFIOUT2IOUT1Rfb1WR1 2WR2 1718數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入端端ILE 19 寫入寫入基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 13D6 14D5 15D4 16D3 4D2 5D1 6D0 7輸出輸出電流電流8位數(shù)據(jù)寄存器DAC寄存器九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系147.2.2 DAC0832的工作方式 直通方式直通方式n將輸入鎖存器和將輸入鎖存器和DAC寄存器的有關(guān)控制信

10、號都置為有效狀態(tài)，當(dāng)數(shù)寄存器的有關(guān)控制信號都置為有效狀態(tài)，當(dāng)數(shù)字量送到數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，不經(jīng)過任何緩沖立即進(jìn)入字量送到數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，不經(jīng)過任何緩沖立即進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種方式轉(zhuǎn)換，這種方式一般不用于單片機(jī)控制系統(tǒng)一般不用于單片機(jī)控制系統(tǒng)。單緩沖器方式單緩沖器方式n將輸入鎖存器或?qū)⑤斎腈i存器或DAC寄存器的任意一個(gè)置于直通方式而另一個(gè)受寄存器的任意一個(gè)置于直通方式而另一個(gè)受CPU控制，當(dāng)數(shù)字量送入時(shí)只經(jīng)過一級緩沖就進(jìn)入控制，當(dāng)數(shù)字量送入時(shí)只經(jīng)過一級緩沖就進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這種方式轉(zhuǎn)換，這種方式適用于只有一路模擬量輸出或有幾路模擬量輸出但適用于只有一路模擬量輸出或

11、有幾路模擬量輸出但不要求同步的系統(tǒng)不要求同步的系統(tǒng)。雙緩沖方式雙緩沖方式n是輸入鎖存器和是輸入鎖存器和DAC寄存器分別受寄存器分別受CPU控制，數(shù)字量的輸入鎖存和控制，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換分兩步完成。當(dāng)數(shù)字量被寫入輸入鎖存器后并不馬上進(jìn)行轉(zhuǎn)換分兩步完成。當(dāng)數(shù)字量被寫入輸入鎖存器后并不馬上進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)CPU向向DAC寄存器發(fā)出有效控制信號時(shí)，才將數(shù)據(jù)送寄存器發(fā)出有效控制信號時(shí)，才將數(shù)據(jù)送入入DAC寄存器進(jìn)行寄存器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這種工作方式轉(zhuǎn)換，這種工作方式適用于多路模擬量同步適用于多路模擬量同步輸出的場合。輸出的場合。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系1

12、57.2.3 DAC0832的輸出方式 單極性輸出單極性輸出雙極性輸出雙極性輸出圖中若參考電壓VREF為5V，則單極性輸出電路中電壓Vout=0+5V；雙極性輸出電路中電壓VA=0+5V，Vout= 5+5V。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系16 7.3.1 DAC0832與單片機(jī)的接口單緩沖 允許鎖存信號ILE接+5V，片選信號與單片機(jī)地址線P2.7相連，數(shù)據(jù)傳送控制信號和寫信號接地，寫信號與單片機(jī)的寫信號線相連，輸入鎖存器地址為7FFFH，DAC寄存器處于直通方式，當(dāng)CPU對DAC0832執(zhí)行一次寫操作，就控制輸入鎖存器打開，將數(shù)據(jù)送入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 例例1：

13、利用圖示電路，在利用圖示電路，在Vout端產(chǎn)端產(chǎn)生鋸齒波信號輸出。生鋸齒波信號輸出。START：MOV DPTR，#7FFFH ；送DAC0832的地址 MOV A，#00H ；裝入待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)LOOP：MOVX DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 INC A AJMP LOOP問題：如何實(shí)現(xiàn)方波信號輸出。問題：如何實(shí)現(xiàn)方波信號輸出。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系17 7.3.2 DAC0832與單片機(jī)的接口雙緩沖 允許鎖存信號允許鎖存信號ILE接接+5V，兩個(gè)寫信號和都接到單片兩個(gè)寫信號和都接到單片機(jī)的寫信號線上，數(shù)據(jù)傳機(jī)的寫信號線上，數(shù)據(jù)傳送控制信號都接到單片機(jī)送控制信號

14、都接到單片機(jī)P2.7上，用于控制同步轉(zhuǎn)上，用于控制同步轉(zhuǎn)換輸出，分別接單片機(jī)換輸出，分別接單片機(jī)P2.5和和P2.6上，實(shí)現(xiàn)輸入上，實(shí)現(xiàn)輸入鎖存控制，鎖存控制，DAC0832輸入輸入鎖存器的地址分別為鎖存器的地址分別為DFFFH和和BFFFH， DAC寄存器具有相同的地址寄存器具有相同的地址7FFFH。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系18例例2 利用圖示電路實(shí)現(xiàn)兩路模擬量同步輸出。利用圖示電路實(shí)現(xiàn)兩路模擬量同步輸出。參考程序如下：參考程序如下：MOVDPTR，#0DFFFH；送；送DAC0832（1）的地址）的地址MOVA，#data1MOVXDPTR，A ；將；將data

15、1送送DAC0832（1）的輸入鎖存器）的輸入鎖存器MOVDPTR，#0BFFFH；送；送DAC0832（2）的地址）的地址MOVA，#data2MOVXDPTR，A；將；將data2送送DAC0832（2）的輸入鎖存器）的輸入鎖存器MOVDPTR，#7FFFH ；送兩片；送兩片DAC0832的的DAC寄存器地址寄存器地址MOVXDPTR，A；進(jìn)行兩路數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換輸出；進(jìn)行兩路數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)換輸出 DAC0832與單片機(jī)的接口雙緩沖 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系197.4.1 工作任務(wù) 本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生器，本項(xiàng)目的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易低頻信號發(fā)生

16、器，要求能輸出要求能輸出0.150Hz的正弦波、三角波和方波的正弦波、三角波和方波信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，信號，其中正弦波和三角波信號可用按鍵選擇輸出，頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。頻率可通過加減鍵調(diào)節(jié)。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系20低頻信號發(fā)生器設(shè)計(jì)與制作 由于輸出信號的頻率較低，可使用單片機(jī)作為控制由于輸出信號的頻率較低，可使用單片機(jī)作為控制器產(chǎn)生各種波形，對于方波，可以直接由器產(chǎn)生各種波形，對于方波，可以直接由51單片單片機(jī)的端口輸出，而正弦波和三角波可以由機(jī)的端口輸出，而正弦波和三角波可以由DAC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。九江職業(yè)技術(shù)學(xué)

17、院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系21 7.4.2 低頻信號發(fā)生器硬件制作低頻信號發(fā)生器硬件制作 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系227.4.3 低頻信號發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì) 低頻信號發(fā)生器由主程序、定時(shí)器中斷子程序等部分組成。低頻信號發(fā)生器由主程序、定時(shí)器中斷子程序等部分組成。n主程序主要包括初始化程序、鍵盤掃描程序、及頻率值修改程序組主程序主要包括初始化程序、鍵盤掃描程序、及頻率值修改程序組成。成。n初始化程序進(jìn)行定時(shí)器初值、中斷允許等設(shè)置。初始化程序進(jìn)行定時(shí)器初值、中斷允許等設(shè)置。n鍵盤掃描程序主要對三個(gè)按鍵進(jìn)行檢測，以判斷是否要進(jìn)行頻率調(diào)整及鍵盤掃描程序主要對三個(gè)按

18、鍵進(jìn)行檢測，以判斷是否要進(jìn)行頻率調(diào)整及波形調(diào)整。波形調(diào)整。n頻率值修改程序主要進(jìn)行定時(shí)器定時(shí)值的加減操作。頻率值修改程序主要進(jìn)行定時(shí)器定時(shí)值的加減操作。 n定時(shí)器中斷子程序主要進(jìn)行方波輸出及正弦波、三角波的輸出。定時(shí)器中斷子程序主要進(jìn)行方波輸出及正弦波、三角波的輸出。n方波的輸出可以直接在定時(shí)溢出中斷時(shí)，對輸出端口取反即可實(shí)現(xiàn)。方波的輸出可以直接在定時(shí)溢出中斷時(shí)，對輸出端口取反即可實(shí)現(xiàn)。n對正弦波和三角波，為了避免復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)算法，設(shè)計(jì)了正弦波和三對正弦波和三角波，為了避免復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)算法，設(shè)計(jì)了正弦波和三角波的波形數(shù)據(jù)表，將一個(gè)周期的正弦波或三角波平均分解為角波的波形數(shù)據(jù)表，將一個(gè)周期的

19、正弦波或三角波平均分解為256256個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在進(jìn)行波形輸出時(shí)，將波形數(shù)據(jù)表中的值依次查出，并送入據(jù)點(diǎn)，在進(jìn)行波形輸出時(shí)，將波形數(shù)據(jù)表中的值依次查出，并送入DAC0832DAC0832中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到正弦波或三角波。中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到正弦波或三角波。 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系23流程圖九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系24參考程序 SINP DATA 30H ；正弦波查表指針；正弦波查表指針TH0D DATA 32H ；定時(shí)器初值存放（高；定時(shí)器初值存放（高8位）位）TL0D DATA 33H ；定時(shí)器初值存放（低；定時(shí)器初值存放（低8位）位）O

20、RG0000HLJMP STARTORG000BHLJMP INTT0ORG0060HSTART：MOV SP，#70H MOV SINP，#00H MOVTMOD，#11H MOVTH0D，#0FFH ；定時(shí)器初值，決定波形頻率；定時(shí)器初值，決定波形頻率 MOVTL0D，#00H MOVTH0，TH0D MOVTL0，TL0D 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系25MOVDPTR，#LIST；設(shè)置表首初值，即輸出正弦波；設(shè)置表首初值，即輸出正弦波 SETB ET0；開中斷；開中斷 SETB EA SETB TR0；啟動定時(shí)器；啟動定時(shí)器MAIN：JNBP2.0，INCKEY；按鍵掃描；按鍵掃描 JNBP2.1，DECKEYJBP2.2，L1MOV DPTR，#LIST1；將表首改為三角波碼表首地址；將表首改為三角波碼表首地址SJMP L2L1：MOVDPTR，#LIST；將表首改為正弦波碼表首地址；將表首改為正弦波碼表首地址L2：ORLPCON，#01H LJMP MAIN九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系26INCKEY：LCALL DL10MS；按鍵功能，輸出頻率