單片機應用技術(shù)項目式教程課件：DAC轉(zhuǎn)換及其應用

單片機應用技術(shù)項目式教程—基于Proteus和KeilCSINGLE-CHIP

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DAC轉(zhuǎn)換及其應用SAR型ADC的工作原01STC15W4K32S4單片機的基于PWM模塊的DA轉(zhuǎn)換02STC15W4K32S4單片機的外擴TLC5615方案03應用STC15W4K32S4單片機生成三角波和正弦波04知識要點數(shù)字電壓表的設計掌握STC15W4K32S4單片機的基于PWM的DA設計方法01掌握STC15W4K32S4單片機的TLC5615的驅(qū)動方法02掌握應用STC15W4K32S4單片機和TLC5615生成常見波形的方法03學習要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，完成這個轉(zhuǎn)換的器件叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter）。常見的DAC有8位，10位，12位，16位等，從結(jié)構(gòu)上說，有權(quán)重電阻型、R-2R、Delta-Sigma等結(jié)構(gòu)。集成DAC的主要技術(shù)指標可以分為靜態(tài)指標和動態(tài)指標。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，完成這個轉(zhuǎn)換的器件叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter）。常見的DAC有8位，10位，12位，16位等，從結(jié)構(gòu)上說，有權(quán)重電阻型、R-2R、Delta-Sigma等結(jié)構(gòu)。集成DAC的主要技術(shù)指標可以分為靜態(tài)指標和動態(tài)指標。靜態(tài)指標05增益誤差07零點誤差09DNL是微分線性度02滿量程輸出電壓UFSR/電流IFSR08積分非線性誤差10D/A的溫度靈敏度0304轉(zhuǎn)換精度分辨率01最小輸出電壓ULSB/電流ILSB06失調(diào)誤差動態(tài)指標動態(tài)指標D/A轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速率9.1基于PWM的DAC轉(zhuǎn)換

當MCU需要產(chǎn)生模擬信號時，通常采用集成或獨立的D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。但是在要求低成本的場合，可以通過PWM信號產(chǎn)生系統(tǒng)需要的直流和交流信號。9.1.1PWM原理PWM（PulseWidthModulation），脈沖寬度調(diào)制，它是通過調(diào)節(jié)脈沖占空比的變化來調(diào)節(jié)直流幅值、能量等的變化。占空比就是指在一個周期內(nèi)，信號處于高電平的時間占據(jù)整個信號周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。圖9.3PWM原理9.1基于PWM的DAC轉(zhuǎn)換9.1.2PWM設計原理圖圖9.4基于STC15W4K單片機的PWMDAC的設計為了提高精度和反應速度，設計STC15W4K的輸出PWM波頻率為100KHz，使用其內(nèi)部的RC振蕩器，程序下載時候頻率設定為12MHz。9.1基于PWM的DAC轉(zhuǎn)換9.1.2PWMDAC設計

選用PWM3作為輸出，輸出引腳為P2.1，它對應的定時器1的初值為0，當系統(tǒng)時鐘為12MHz，輸出100KHz的PWM波，定時器2的初值為120。#include<system.h>#defineSYSTEMCLOCK12000000L//系統(tǒng)時鐘為12MHz#definePWMCLOCK100000L//PWM頻率為100KHz#defineFreValueSYSTEMCLOCK/PWMCLOCK//PWM定時器2的初值

voidFlashDuty(unsignedcharDuty)//調(diào)整占空比{P_SW2|=0x80;//使能訪問位于擴展RAM中的特殊功能寄存器PWM3T2H=((unsignedint)(FreValue*1.0*Duty/100))>>8;//PWM3的T2定時器高字節(jié)PWM3T2L=(unsignedint)(FreValue*1.0*Duty/100);//PWM3的T2定時器低字節(jié)P_SW2&=~0x80;//禁止訪問位于擴展RAM中的特殊寄存器}

9.1基于PWM的DAC轉(zhuǎn)換9.1.2PWMDAC設計voidFlashFreq(unsignedintFreVal)//調(diào)整頻率{P_SW2|=0x80;PWMCH=FreVal>>8;//獲取頻率的高8位PWMCL=FreVal;//獲取頻率的低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轉(zhuǎn)換9.1.2PWMDAC設計FlashFreq(FreValue);//設定PWM頻率FlashDuty(10);//初始化占空比PWMCR&=~0x40;//當PWM3的計數(shù)器為0時候，禁止中斷PWMCR|=0x80;//運行PWM while(1)//三角波輸出{ FlashDuty(duty); //delay_ms(10); duty++; if(duty==101) duty=0;}}9.1基于PWM的DAC轉(zhuǎn)換9.1.2PWMDAC仿真圖圖9.5PWMDAC的模擬輸出從圖9.5中可以看出，鋸齒波的下降沿處出現(xiàn)放電現(xiàn)象，不夠垂直。9.2基于TCL5615的鋸齒波和正弦波的設計TLC5615是德州儀器公司生產(chǎn)的一款10位D/A轉(zhuǎn)換器，單路電壓輸出，輸出電壓可達到基準電壓的兩倍，可帶最小2K歐姆的負載。芯片帶有上電復位功能，采用四線制串行總線接口，兼容SPI通信，最大轉(zhuǎn)換時間為12.5微秒（輸入從0x000變?yōu)?x3ff或者從0x3ff變?yōu)?x000），還能多片級聯(lián)使用。圖9.6TLC5615的原理圖參數(shù)含義最小值標準值最大值單位tsu(DS)建立時間，DIN準好到SCLK為高45

nSth(DH)SCLK為高后DIN保持時間0

nSth(CSS)建立時間，CS為低到SCLK為高1

nStsu(CS1)建立時間，CS為高到SCLK為高50

nSth(CSH0)保持時間，SCLK為低到CS為低1

nSth(CSH1)保持時間，SCLK為低到CS為高0

nStw(CS)片選為1（不使能）最小時間20

nStw(CL)脈沖為低最小時間25

nStw(CH)脈沖為高最小時間25

nS表9.3TLC5615參數(shù)說明9.2基于TCL5615的鋸齒波和正弦波的設計圖9.7ＴＬＣ５６１５時序圖9.2.1TLC5615的編程要點輸入量（二進制）輸出/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輸入和輸出的關(guān)系9.2.2鋸齒波發(fā)生器的設計圖9.8硬件設計原理圖如圖9.8，TLC5615電源電壓為5V，電壓基準為LM385，它產(chǎn)生1.25V的帶隙基準電壓#include<system.h>#include<intrins.h>sbitsclk=P0^0;//定義串行時鐘sbitcs=P0^1;//定義片選端sbitdin=P0^2;//定義數(shù)據(jù)輸入端sbitdout=P0^3;//定義數(shù)據(jù)輸出端

#definecshcs=1//宏定義，為了方便移植#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;實踐中建議大于tw(CS)+ts>=20nS+12.5us

unsignedintdacdata=0,mid;unsignedchari;

main() { CLK_DIV&=~0x07;//systemclock=fosc/1@12MHz P0M1=0x00;P0M0=0x00;//端口為上拉模式 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;} }仿真結(jié)果圖9.9仿真波形9.2.3正弦波發(fā)生器的設計圖9.10正弦波發(fā)生器的硬件設計圖9.11SPWM軟件生成正弦波數(shù)組#include<system.h>#include<intrins.h>sbitsclk=P0^0;//定義對應的端口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區(qū)生成對應的正弦波數(shù)組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