采用TLC5620設(shè)計(jì)各種波形發(fā)生器

1、采用DA設(shè)計(jì)各種波形發(fā)生器導(dǎo)師：歐陽(yáng)斌林 班級(jí)：電信1001 組員：楊利紅 A07100205 張甲林 A07100206 日期：2013年6月18日摘 要本次D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89S52為主控制器，實(shí)現(xiàn)了波形的產(chǎn)生，頻率的選擇以及波形的選擇等功能。本設(shè)計(jì)的主要功能是用單片機(jī)產(chǎn)生三角波，正弦波等波形，然后通過(guò)開關(guān)按鍵選擇不同的頻率和波形輸出。本設(shè)計(jì)采用常用的D/A轉(zhuǎn)換器件TLC5620來(lái)使單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后再通過(guò)運(yùn)算放大器把D/A輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，這樣以便用示波器對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。這樣就完成了D/A轉(zhuǎn)換器的核心部分的設(shè)計(jì)。關(guān) 鍵 詞： 單片機(jī)

2、TLC5620 三角波 正弦波 梯形波目錄第一章 引言21.1系統(tǒng)背景介紹21.2 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理3第二章 系統(tǒng)概述32.1單片機(jī)概述3單片機(jī)的選擇32.2 D/A概述52.2.1 D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo)52.2.2 TLC5620簡(jiǎn)介：6第三章 電路設(shè)計(jì)103.1波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)電路原理圖103.2 D/A轉(zhuǎn)換器總流程圖11第四章 波形發(fā)生器程序設(shè)計(jì)11第五章 系統(tǒng)調(diào)試175.1靜態(tài)調(diào)試175.2動(dòng)態(tài)調(diào)試17第六章 總結(jié)與結(jié)束語(yǔ)186.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果186.2設(shè)計(jì)歷程與體會(huì)21采用DA設(shè)計(jì)各種波形發(fā)生器第一章 引言1.1系統(tǒng)背景介紹D/A轉(zhuǎn)換器，作為實(shí)驗(yàn)用的模擬信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)

3、設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。當(dāng)今是科學(xué)技術(shù)及儀器設(shè)備高度智能化飛速發(fā)展的信息社會(huì)，電子技術(shù)的進(jìn)步，給人們帶來(lái)了根本性的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷的走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制與檢測(cè)技術(shù)的日益革新。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響汽車，處處可見(jiàn)其應(yīng)用。因此，單片機(jī)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。D/A作為一種常見(jiàn)的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的波形產(chǎn)生

4、一般可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一，不用依靠單片機(jī)。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的RC要很大。大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來(lái)產(chǎn)生低頻信號(hào)，其頻率底線很低。具有線路相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低

5、廉，頻率穩(wěn)定度高，抗干擾能力強(qiáng)，用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Σㄐ芜M(jìn)行細(xì)微調(diào)整，改良波形，使其滿足系統(tǒng)的要求。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。1.2 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A)用來(lái)將數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。本設(shè)計(jì)是基于C52單機(jī)的D/A轉(zhuǎn)換器，其可以產(chǎn)生正弦波，鋸齒波，方波以及三角波。本設(shè)計(jì)的原理大概為：以正弦波為例，它實(shí)現(xiàn)的原理是把正弦波在一個(gè)周期分為256或者64或者32個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)和點(diǎn)之間的間隔是相等的并通過(guò)延時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們先使單片機(jī)P0口先輸出00H，然后間隔一段時(shí)間再輸出第二個(gè)點(diǎn)，再延時(shí)相同的時(shí)間輸出第三個(gè)點(diǎn)，直到輸出FFH。這樣算一個(gè)周期完成。但單片機(jī)

6、這樣輸出的信號(hào)只是正弦波的大概，并不是一個(gè)平滑完整的波形。我們必須通過(guò)一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器件把它從數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)，但是此時(shí)又產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)為電流信號(hào)。這樣的信號(hào)示波器是無(wú)法識(shí)別的，這樣我們就必須通過(guò)一個(gè)運(yùn)算放大器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。這樣就基本完成了發(fā)生器的設(shè)計(jì)。當(dāng)然方波和三角波的實(shí)現(xiàn)和正弦波的實(shí)現(xiàn)原理基本相同，所以在此我們就不必贅述。我設(shè)計(jì)的D/A轉(zhuǎn)換器是可以調(diào)頻的。其調(diào)頻的原理是：把單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的最大可計(jì)數(shù)的時(shí)間計(jì)算出來(lái)，然后我們就可以等間隔步進(jìn)的從最小的一個(gè)計(jì)數(shù)值來(lái)改變計(jì)數(shù)的時(shí)間，使得定時(shí)/計(jì)數(shù)器的溢出時(shí)間長(zhǎng)短不同，這樣就可以改變波形的頻率。第二

7、章 系統(tǒng)概述 2.1單片機(jī)概述2.1.1單片機(jī)的選擇隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，CPU已經(jīng)變成低成本器件。在可能的情況下，各種機(jī)電設(shè)備已經(jīng)或者正在嵌入CPU構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)。據(jù)Virginia Tech公司報(bào)告，嵌入式系統(tǒng)中所使用的CPU數(shù)量已經(jīng)超過(guò)通用PC中CPU數(shù)量的30倍。 現(xiàn)在系統(tǒng)研究的重點(diǎn)已從通用系統(tǒng)轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ孟到y(tǒng)，以及從一般性能轉(zhuǎn)向可靠性、可用性、安全性、自主性、可擴(kuò)展性、功能性、靈活性、成本、體積、功耗及可管理性上。 AT89C52單片機(jī)介紹：圖1.AT89C52單片機(jī)引腳圖AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序

8、存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有PDI

9、P、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM 32個(gè)雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率0-24MHz 2個(gè)串行中斷 可編程UART串行通道 2個(gè)外部中斷源 共6個(gè)中斷源 2個(gè)讀寫中斷口線 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.2 D/A概述 D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo)D/A轉(zhuǎn)換器的輸入為數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出為模擬量。有關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)性能指標(biāo)很多，例如絕對(duì)精度，相對(duì)精度，線性度，輸出電壓范圍，溫度系數(shù)，輸入數(shù)字代碼種

10、類等等。對(duì)這些技術(shù)性能指標(biāo)，這里不做全面的詳細(xì)說(shuō)明，僅對(duì)幾個(gè)與接口有關(guān)的技術(shù)性能指標(biāo)作以介紹。（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)字量的為數(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。這就意味著D/A轉(zhuǎn)換器能對(duì)滿刻度的1/2n輸出量作出反應(yīng)。例如，8位數(shù)的分辨率為1/256，10位數(shù)的分辨率為1/1024。因此，數(shù)字量的位數(shù)越多，分辨率就越高，亦即轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化的敏感程度也就越高。使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)分辨率的需要來(lái)選定轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。（2）建立時(shí)間。建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)參數(shù)，指從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差+1/2LSB時(shí)所

11、需的時(shí)間，通常以建立時(shí)間來(lái)表明轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換器輸出形式為電流時(shí)，建立時(shí)間較短，而輸出形式為電壓時(shí)，由于建立時(shí)間還要加上運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間，因此建立時(shí)間要長(zhǎng)一些。但總的來(lái)說(shuō)，D/A轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)高與A/D轉(zhuǎn)換，例如快速的D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間僅為1us。（3）接口形式。D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器。通常有兩類D/A轉(zhuǎn)換器：一類不帶鎖存器；另一類則帶鎖存器。對(duì)于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，為了保存來(lái)自單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，在接口要加鎖存器，因此這類轉(zhuǎn)換器必須接在口線上而不能直接接在數(shù)據(jù)總線上；而帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個(gè)輸出口，因此可以直接接在數(shù)

12、據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。2.2.2 TLC5620簡(jiǎn)介：（1）TLC5620C是帶有高阻抗緩沖輸入的4通道8位電源輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器集合。這些轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生單調(diào)的、一至兩倍于基準(zhǔn)電壓和接地電壓差值的輸出。通常情況下TLC5620的供電電壓為一個(gè)5V電源。器件內(nèi)集成上電復(fù)位功能，確保啟動(dòng)時(shí)的環(huán)境是可重復(fù)的。對(duì)TLC5620C的數(shù)字控制是通過(guò)一根簡(jiǎn)單的3路串行總線實(shí)現(xiàn)的。該總線兼容CMOS，并易于向所有的微處理器和微控制器設(shè)備提供接口。11位的命令字包括8位數(shù)據(jù)位，2位DAC選擇位和1位范圍位，后者用來(lái)選擇輸出范圍是1倍還是2倍。DAC寄存器采用雙緩存，允許一整套新值被寫入設(shè)備中。通過(guò)LDAC實(shí)現(xiàn)

13、DAC輸出值的同時(shí)更新。數(shù)字量的輸入采用史密斯觸發(fā)器，從而有效降低噪聲。TLC5620的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)原理框圖如下：圖2.TLC5620原理框圖（2）TLC5620 硬件接口圖3.TLC5620引腳名稱如圖所示TLC5620可方便的與單片機(jī)連接使用。與單片機(jī)的接口如圖所示：圖4.TLC與單片機(jī)的連接圖其中VREF為2.5V基準(zhǔn)源，四個(gè)通道都采用其作為基準(zhǔn)源，輸入5V電壓不輸出電壓都經(jīng)過(guò)濾波，保證精度。（3）TLC5620 工作時(shí)序TLC5620是串聯(lián)型8位D/A轉(zhuǎn)換器（DAC），它有4路獨(dú)立的電壓輸出D/A 轉(zhuǎn)換器，具備各自獨(dú)立的基準(zhǔn)源，其輸出還可以編程為2倍戒1倍，在控制TLC5620時(shí)，只要對(duì)該

14、芯片的DATA、CLK、LDAC、LOAD端口控制即可，TLC5620控制字為11位，包括8位數(shù)字量，2位通道選擇，1位增益選擇。其中命令格式第1位、第2位分別為A1、A0，第3位為RNG，即可編程放大輸出倍率，第4到11位為數(shù)據(jù)位，高位在前，低位在后。通道不同輸出關(guān)系如下圖5.不同通道輸出關(guān)系圖管腳DATA為芯片串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK為芯片時(shí)鐘，數(shù)據(jù)在每個(gè)時(shí)鐘下降沿輸入DATA端，數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中LOAD始終處于高電平，一旦數(shù)據(jù)輸入完成，LOAD置低，則轉(zhuǎn)換輸出，實(shí)驗(yàn)中LDAC一直保持低電平，DACA、DACB、DACC、DACD為四路轉(zhuǎn)換輸出，REFA、REFB、REFC、REFD為其對(duì)應(yīng)的

15、參考電壓。TLC5620的時(shí)序圖如圖所示。圖6.TLC5620的時(shí)序圖當(dāng)LOAD為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)在CLK每一下降沿由時(shí)鐘同步送入DATA端口。如圖(a)所示，一旦所有的數(shù)據(jù)位送入，LOAD變?yōu)槊}沖低電平，以便把數(shù)據(jù)從串行輸入寄存器傳送到所選擇的DAC。如果LDAC為低電平，則所選擇的DAC輸出電壓更新且LOAD變?yōu)榈碗娖?。在圖(b)中，串行編程期間內(nèi)LDAC為高電平，新數(shù)值被LOAD的脈沖低電平打入第一級(jí)鎖存器后，再由LDAC脈沖低電平傳送到DAC輸出。數(shù)據(jù)輸入時(shí)最高有效位（MSB）在前。使用兩個(gè)8時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)傳送示于圖(c)和圖(d)中。第三章 電路設(shè)計(jì)3.1波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)電路原理圖圖7

16、.波形發(fā)生器設(shè)計(jì)原理圖 3.2 D/A轉(zhuǎn)換器總流程圖 開始 初始化 等待按鍵有鍵按下查按鍵號(hào) Y正弦波輸出梯形波輸出鋸齒波輸出函數(shù)三角波輸出函數(shù) 圖8.系統(tǒng)總流程圖第四章 波形發(fā)生器程序設(shè)計(jì)#include #include #define uchar unsigned char /定義I/O端口 sbit CLK=P00; /串行時(shí)鐘，下降沿有效 sbit DAT=P01; /串行數(shù)據(jù) sbit LOAD=P02;/串行數(shù)據(jù)裝載，下降沿有效 sbit LDAC =P03; /DAC更新鎖存控制，下降沿有效sbit sanjiao=P32;/按鍵sbit juchi=P33;/按鍵sbit t

17、ixing=P34;/按鍵sbit Sinanjian=P35;/按鍵uchar flag=0;void sanjiaowave();void juchiwave();void tixingwave();void SinWave();/* 函數(shù)：Dac() 功能：發(fā)送數(shù)據(jù)至TLC5620串行DAC 參數(shù)： addr：DAC通道地址，取值03，對(duì)應(yīng)通道AD rng：附加的范圍位，rng=0時(shí)，Vo不會(huì)超過(guò)Vref，rng=1時(shí)，Vo變?yōu)?倍 dat：8位DAC數(shù)據(jù) 公式： rng=0時(shí)，Vo=Vref*(dat/256) rng=1時(shí)，Vo=Vref*(dat/256)*2 */ void Da

18、c(unsigned char addr, bit rng, unsigned char dat) unsigned char n; /發(fā)送通道地址 n = 2; do DAT = (bit)(addr & 0x02); addr = 1; CLK = 0; CLK = 1; while ( -n != 0 ); /發(fā)送RNG位 DAT = rng; CLK = 0; CLK = 1; /發(fā)送8位DAC數(shù)據(jù) n = 8; do DAT = (bit)(dat & 0x80); dat 0時(shí)，延時(shí)(t)ms t=0時(shí)，延時(shí)256ms */ void delayms(uchar ms)uchar

19、i;while(ms-)for(i=0;i250;i+)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); void Init_TLC5620()/初始化TLC5620DAT = 1; CLK = 1; LDAC = 1; LOAD = 1; void main() sanjiao=1; juchi=1;tixing=1;Sinanjian=1;flag=0;Init_TLC5620();while(1)if(!sanjiao)delayms(10);if(!sanjiao)flag=0;else if(!juchi)delayms(10);if(!juchi)flag=1;el

20、se if(!tixing)delayms(10);if(!tixing)flag=2;else if(!Sinanjian)delayms(10);if(!Sinanjian)flag=3;/Init_TLC5620();if(flag=0) sanjiaowave();else if(flag=1)juchiwave();else if(flag=2)tixingwave();else if(flag=3)SinWave(); void sanjiaowave()uchar i=0;for(i=0;i0;i-)Dac(0,0,i);_nop_();void juchiwave()uchar

21、 i=0;for(i=0;i0xff;i+)Dac(1,0,i);Dac(1,0,0xff);void tixingwave()uchar i=0;for(i=0;i0xfe;i+)Dac(2,0,i);for(i=0;i0;i-)Dac(2,0,i);/for(i=0;i0xff;i+)/Dac(2,0,0);/* 函數(shù)：SinWave() 功能：利用TLC5620串行DAC在通道B產(chǎn)生正弦波 說(shuō)明：請(qǐng)用示波器觀察SmartSOPC實(shí)驗(yàn)箱D5區(qū)的DACB通道 */ void SinWave() code unsigned char SinTab = 128,147,167,185,202,2

22、18,231,241,249,253, 255,253,249,241,231,218,202,185,167,147, 127,108,88,70,53,37,24,14,6,2, 0,2,6,14,24,37,53,70,88,108 /數(shù)字設(shè)置多少,可調(diào)節(jié)正弦波平滑度 ; unsigned char n; for ( n=0; n40; n+ ) Dac(3,0,SinTabn); delayms(1); /調(diào)節(jié)正弦 第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是利用開發(fā)機(jī)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器等），通過(guò)執(zhí)行開發(fā)系統(tǒng)有關(guān)命令或運(yùn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試程序（也可以是與硬件有關(guān)的部分用戶程序段），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。系統(tǒng)調(diào)試可分靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。5.1靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢查。目測(cè),通過(guò)目測(cè)檢查一些明顯的器件、設(shè)備故障并及時(shí)排除。萬(wàn)用表測(cè)試。加電檢查。聯(lián)機(jī)檢查。5.2動(dòng)態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)中的工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)硬件中存在的故障、器件間連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件動(dòng)態(tài)調(diào)試是開發(fā)系統(tǒng)的支持下完成的，故又成為聯(lián)機(jī)仿真或聯(lián)機(jī)調(diào)試。首先，將編輯好的程序燒到單片機(jī)里，將單片機(jī)，DA轉(zhuǎn)換器與示波器連接，調(diào)試出波形。第六章 總結(jié)與結(jié)束語(yǔ)6.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖9實(shí)際電路連接圖圖10 三角波信號(hào)圖11 正弦波輸出圖12 鋸齒波輸出