單片機課程設計低頻信號發(fā)生器

1、單片機課程設計低頻信號發(fā)生器 姓 名: 專業(yè)班級: 08級電信2班 學 號: 指導老師: 目錄（一）74hc573的應用-3（二）74ls138芯片應用-5（三）dac0832引腳功能電路應用原理圖-7（四）運算放大器的應用-11（五）d/a轉換器性能參數(shù)-15（六）dac0832的應用-16（七）低頻信號發(fā)生器軟件編程-18（一）74hc573的應用高性能硅門cmos 器件sl74hc573 跟ls/al573 的管腳一樣。器件的輸入是和標準cmos 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和ls/alsttl 輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使

2、能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。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=不用關心z高阻抗邏輯圖：（二）74ls138芯片應用 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資料，以方便各位同學或者朋友。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芯片在單片機系統(tǒng)中極大限度的起到了擴展io資源的作用，只要用單片機的2個io引腳資源就能控制8個輸出，而且程序的編制也容易實現(xiàn)。拓展式（3.3.8）表明時第（1）片74ls138工作而第（2）片74ls138禁止，將的00000111這8個代碼譯成8個低電平信號。而式（3.3.9）表明時，第（2）片74ls138工作，第（1）片74ls138禁止，將的10001111這8個代碼譯成8個低電平信號。這樣就用兩個3線8線譯碼器擴展成一個4線16線的譯碼器了。同理，也可一用兩個帶控制端的4線16線譯碼器接成一個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a的波形如下圖所示。試畫出八個輸出引腳的波形解：由74ls138的功能表知，當（a為低電平段）譯碼器不工作，8個輸出引腳全為高電平，當（a為高電平段）譯碼器處于工作狀態(tài)。因所以其余7個引腳輸出全為高電平，因此可知，在輸入信號a的作用下，8個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的波形無關。（三）dac0832引腳功能電路應用原理圖dac0832是采樣頻率為八位的d/a轉換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，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、同步轉換等)。所以這個芯片的應用很廣泛,關于dac0832應用的一些重要資料見下圖： d/a轉換結果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過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電路或微機電路連接。d/a轉換器dac0832dac0832是采用cmos工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉換器。如圖4-82所示，它由倒t型r-2r電阻網(wǎng)絡、模擬開關、運算放大器和參考電壓vref四大部分組成。運算放大器輸出的模擬量v0為： 圖4-82由上式可見，輸出的模擬量

6、與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉換。數(shù)/模（d/a）轉換器d/a轉換器是接收數(shù)字量，輸出一個與數(shù)字量相對應的電流或電壓信號的模擬量接口。d/a轉換器被廣泛用于計算機函數(shù)發(fā)生器、計算機圖形顯示以及與a/d轉換器相配合的控制系統(tǒng)等。 d/a轉換原理數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)字權疊加而得的。d/a轉換器品種繁多，有權電阻dac、變形權電阻dac、t型電阻dac、電容型dac和權電流dac等。為了掌握數(shù)/模轉換原理，必須先了解運算放大器和電阻譯碼網(wǎng)絡的工作原理和特點。（四）運算放大器的應用1. 運算放大器運算放大器有三個特點：開環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達10萬。

7、在正常情況下，運算放大器所需要的輸入電壓非常小。輸入阻抗非常大。運算放大器工作時，輸入端相當于一個很小的電壓加在一個很大的輸入阻抗上，所需要的輸入電流也極小。輸出阻抗很小，所以，它的驅動能力非常大。2.由電阻網(wǎng)絡和運算放大器構成的d/a轉換器利用運算放大器各輸入電流相加的原理，可以構成如圖10.7所示的、由電阻網(wǎng)絡和運算放大器組成的、最簡單的4位d/a轉換器。圖中，v0是一個有足夠精度的標準電源。運算放大器輸入端的各支路對應待轉換資料的d0，d1，dn-1位。各輸入支路中的開關由對應的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為1，則對應的開關閉合；如果數(shù)字為0，則對應的開關斷開。各輸入支路中的電阻分別為r，2

8、r，4r，這些電阻稱為權電阻。假設，輸入端有4條支路。4條支路的開關從全部斷開到全部閉合，運算放大器可以得到16種不同的電流輸入。這就是說，通過電阻網(wǎng)絡，可以把0000b1111b轉換成大小不等的電流，從而可以在運算放大器的輸出端得到相應大小不同的電壓。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0v0電壓幅度的階梯波形。3.采用t型電阻網(wǎng)絡的d/a轉換器從圖10.7可以看出，在d/a轉換中采用獨立的權電阻網(wǎng)絡，對于一個8位二進制數(shù)的d/a轉換器，就需要r，2r，4r，128r共8個不等的電阻，最大電阻阻值是最小電阻阻值的128倍，而且對這些電阻的精度要求比較高

9、。如果這樣的話，從工藝上實現(xiàn)起來是很困難的。所以，n個如此獨立輸入支路的方案是不實用的。在dac電路結構中，最簡單而實用的是采用t型電阻網(wǎng)絡來代替單一的權電阻網(wǎng)絡，整個電阻網(wǎng)絡只需要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，而且精度與誤差問題也可以得到解決。圖10.8是采用t型電阻網(wǎng)絡的4位d/a轉換器。4位元待轉換資料分別控制4條支路中開關的倒向。在每一條支路中，如果（資料為0）開頭倒向左邊，支路中的電阻就接到地；如果（資料為1）開關倒向右邊，電阻就接到虛地。所以，不管開關倒向哪一邊，都可以認為是接“地”。不過，只有開關倒向右邊時，才能給運算放

10、大器輸入端提供電流。t型電阻網(wǎng)絡中，節(jié)點a的左邊為兩個2r的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻為r，節(jié)點b的左邊也是兩個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點等效于一個數(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、b點、a點的電位分別為-vref/2，-vref/4，-vref/8。在清楚了電阻網(wǎng)絡的特點和各節(jié)點的電壓之后，再來分析一下各支路的電流值。開關s3，s2，s1，s0分別代表對應的1位二進制數(shù)。任一資料位di=1，表示開關si倒向右邊；di=0，表示開關si倒向左邊，接虛地，無電流。當右邊第一條支路的開關s3倒向右邊時，運算放大器得到的輸入電流為-vref

11、/（2r），同理，開關s2，s1，s0倒向右邊時，輸入電流分別為-vref/（4r），-vref/（8r），-vref/（16r）。如果一個二進制數(shù)據(jù)為1111，運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)字量之間關系的一般表達式為：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除了和待轉換的二進制數(shù)成比例外，還和網(wǎng)絡電阻r、運算放大器反饋電阻r0、標準參考電壓vref有關。（五）d/a轉換器性能參數(shù)在實現(xiàn)d/a轉換時，主要涉及下面幾個性能參數(shù)。分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對應于輸入數(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（對應于輸入數(shù)字量所有有效位全為1時的輸出電壓）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。轉換精度。如果不考慮d/a轉換的誤差，dac轉換精度就是分辨率的大小

13、，因此，要獲得高精度的d/a轉換結果，首先要選擇有足夠高分辨率的dac。d/a轉換精度分為絕對和相對轉換精度，一般是用誤差大小表示。dac的轉換誤差包括零點誤差、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。絕對轉換精度是指滿刻度數(shù)字量輸入時，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標準電源的精度、權電阻的精度有關。相對轉換精度指在滿刻度已經(jīng)校準的前提下，整個刻度范圍內(nèi)，對應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，相對轉換精度比絕對轉換精度更有實用性。相對轉換精度一般用絕對轉換精度相對于滿量程輸出的百分數(shù)來表示，有時也用最低位（lsb）的幾分之幾表示。例如，設vf

14、s為滿量程輸出電壓5v，n位dac的相對轉換精度為0.1%，則最大誤差為0.1%vfs=5mv；若相對轉換精度為1/2lsb，lsb=1/2n，則最大相對誤差為1/2n+1vfs。非線性誤差。d/a轉換器的非線性誤差定義為實際轉換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對于滿量程的百分數(shù)度量。轉換器電路設計一般要求非線性誤差不大于1/2lsb。轉換速率/建立時間。轉換速率實際是由建立時間來反映的。建立時間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為1）時，dac的模擬輸出電壓達到某個規(guī)定值（比如，90%滿量程或1/2lsb滿量程）時所需要的時間。建立時間是d/a轉換速率快慢的一個重要參數(shù)。很顯然，

15、建立時間越大，轉換速率越低。不同型號dac的建立時間一般從幾個毫微秒到幾個微秒不等。若輸出形式是電流，dac的建立時間是很短的；若輸出形式是電壓，dac的建立時間主要是輸出運算放大器所需要的響應時間。（六）dac0832的應用1.dac0832的結構dac0832的內(nèi)部結構如圖10.9所示。dac0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號為ile；第二級鎖存器稱為dac寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號。因為有兩級鎖存器，dac0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一個數(shù)字量，這樣能有效地提高轉換速度。此外，兩級鎖存器還可以在多個d/a轉換器同時工作

16、時，利用第二級鎖存信號來實現(xiàn)多個轉換器同步輸出。圖10.9中l(wèi)e為高電平、和為低電平時，為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當由低變高時，為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對第二級鎖存器來說，和同時為低電平時，為高電平，dac寄存器的輸出跟隨其輸入而變化；此后，當由低變高時，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，和允許鎖存信號ile組合來決定是否起作用。ile允許鎖存信號。寫信號1，作為第一級鎖存信號，將輸入資料鎖

17、存到輸入寄存器（此時，必須和、ile同時有效）。寫信號2，將鎖存在輸入寄存器中的資料送到dac寄存器中進行鎖存（此時，傳輸控制信號必須有效）。傳輸控制信號，用來控制。di7di08位數(shù)據(jù)輸入端。iout1模擬電流輸出端1。當dac寄存器中全為1時，輸出電流最大，當dac寄存器中全為0時，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算放大器的輸出端。相當于將反饋電阻接在運算放大器的輸入端和輸出端之間。vref參考電壓輸入端?？山与妷悍秶鸀?0v。外部標準電壓通過vref與t型電阻網(wǎng)

18、絡相連。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進行d/a轉換，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進行鎖存。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，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ile處于高電平、處于低電平，這樣，當端來一個負脈沖時，就可以完成1次轉換。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處于無效狀態(tài)而直通；當和端輸入1個負脈沖時，使得dac寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進行轉換。根據(jù)上述對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：單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和dac寄存器同時接收資料，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d/a轉換同步輸出的情節(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，不過在使用時，必須通過另加i/o接口與cpu連接，以匹配cpu與d/a轉換。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