DA數(shù)模轉(zhuǎn)換器

1、鄭州科技學(xué)院微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計題 目 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器 學(xué)生姓名 目 錄1 課程的目的12 課程設(shè)計的任務(wù)與要求23 設(shè)計方案與論證33.1 方案一33.2 方案二33.3 方案三33.4 方案四33.5 方案五44 設(shè)計原理及功能說明54.1 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生各種波形的原理54.2 功能說明64.2.l DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)64.2.2 DAC0832腳功能64.2.3 DAC0832工作方式95 單元電路的設(shè)計（計算與說明）105.1 實驗原理圖106 硬件的制作與調(diào)試116.1 鋸齒波116.2 正弦波126.3 實驗結(jié)果147 總結(jié)16參考文獻18附錄1：總體電路設(shè)計原理圖19附錄

2、2：元器件清單201 課程的目的隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域中，為提高系 統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理已廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于實際處理對象往往都是一些模擬量 (如溫度、壓力、位移、圖素等)，要使計算機或數(shù)字儀表能夠識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信 號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而后經(jīng)過分析、處理，最后再將這些數(shù)字量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量，以便驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。因此，在模擬信號和數(shù)字信號之間就需要一種能起橋梁作用的電路數(shù)模轉(zhuǎn)換器 1 。本次課程的目的：1. 了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理，學(xué)習(xí)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的使用方法，熟悉D/A芯片接口設(shè)計方法，掌握利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)

3、生鋸齒波或正弦波的方法。2. 在數(shù)據(jù)段中存放好對應(yīng)能夠產(chǎn)生鋸齒波或正弦波的數(shù)字量，正弦波要求20個值。3. 編寫程序?qū)?shù)據(jù)段中的數(shù)字量送到DA0832的輸出端產(chǎn)生鋸齒波或正弦波2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求用DAC0832設(shè)計一個D/A轉(zhuǎn)換接口電路，采用單緩沖工作方式，產(chǎn)生鋸齒波和正弦波。實驗前要作好充分準(zhǔn)備，包括程序框圖、源程序清單、調(diào)試步驟、測試方法、對運行結(jié)果的分析等。 熟悉與實驗有關(guān)的系統(tǒng)軟件（如編輯程序、匯編程序、連接程序和調(diào)試程序等）使用方法。在程序調(diào)試過程中，有意識地了解并掌握實驗系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境及使用，掌握程序的調(diào)試及運行的方法技巧。 實驗前仔細閱讀理解教材相關(guān)章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，實驗時

4、必須攜帶教材及實驗講義。掌握課程設(shè)計的相關(guān)知識、概念清晰，程序設(shè)計合理、能夠正確運行。編程產(chǎn)生以下波形（從Ub 輸出，用示波器觀察）鋸齒波。（產(chǎn)生鋸齒波只須將輸出到DAC0832 的數(shù)據(jù)由0 循環(huán)遞增。）正弦波。（產(chǎn)生正弦波可根據(jù)正弦函數(shù)建一個正弦數(shù)字量表，取值范圍為一個周期，表中數(shù)據(jù)個數(shù)在16 個以上。）3 設(shè)計方案與論證3.1 方案一用分立元件組成的函數(shù)信號發(fā)生器通常是但函數(shù)信號發(fā)生器3，且頻率不高，工作不是很穩(wěn)定，而且不易調(diào)試，雖然結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，但是輸出的信號頻率線性度差、頻率穩(wěn)定度底、頻率分辨率低、頻率變化時間比較長，相位的噪聲大以及人機界面不友好等缺點。3.2 方案二用模擬電路

5、搭建的函數(shù)信號發(fā)生器79，可以利用晶體管、運放IC的等通用器件制作，應(yīng)用專門的函數(shù)信號發(fā)生器IC，如8038等，他們的功能較少，而且精度不高，頻率上限不高，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比也不能獨立調(diào)節(jié)，二者相互影響。3.3 方案三利用專用直接數(shù)字合成DDS芯片的函數(shù)信號發(fā)生器68，能產(chǎn)生任意波形并能達到很高的頻率、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪音低、可編程、全數(shù)字化、易于集成、體積小、重量輕、等優(yōu)點，但是成本較高，從成本上考慮，不適合選擇這么昂貴的芯片。3.4 方案四基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器采用單片機編程的方法來實現(xiàn)59。該方法可以通過編程的方法來控制信號波形的頻率和幅度，而

6、且在硬件電路不變的情況下，通過改變程序來實現(xiàn)頻率的變換。此外，由于通過編程方法產(chǎn)生的是數(shù)字信號，所以信號的精度可以做的很高。3.5 方案五利用DAC0832芯片4，利用debug 輸出命令（O 290，數(shù)據(jù)）輸出數(shù)據(jù)給DAC0832，用萬用表測量單極性輸出端a 及雙極性輸出端b 的電壓，驗證數(shù)字與電壓之間的線性關(guān)系，示波器觀察輸出圖形。與以上的方案相比，其器材相對容易得到，方便找到，利于調(diào)試。又能達到學(xué)習(xí)的目的，所以我選擇此方案。4 設(shè)計原理及功能說明4.1 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生各種波形的原理D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生各種波形的原理：利用D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量與輸入數(shù)字量成正比關(guān)系這一特點，將D/A轉(zhuǎn)換器作為微

7、機輸出接口，CPU通過程序向D/A轉(zhuǎn)換器輸出隨時間呈現(xiàn)不同變化規(guī)律的數(shù)字量，則D/A轉(zhuǎn)換器就可輸出各種各樣的模擬量，如方波、三角波、鋸齒波、正弦波等。數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是一種將二進制數(shù)字量形式的離散信號轉(zhuǎn)換成以標(biāo)準(zhǔn)量（或參考量）為基準(zhǔn)的模擬量的器件。最常見的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將并行二進制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為直流電壓或直流電流，其電路抗干擾性較好，常用作過程控制計算機系統(tǒng)的輸出通道，與執(zhí)行器相連，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路還用在利用反饋技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計中。圖4-1 D/A轉(zhuǎn)換原理圖4.2 功能說明4.2.l DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832內(nèi)部由三部分的電路組

8、成2。 “8位輸入寄存器”、“8位DAC寄存器”、“8位D/A轉(zhuǎn)換電路”由8位T型電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)組成。DAC0832的主要技術(shù)指標(biāo)2輸入：8位數(shù)字量。內(nèi)有鎖存器，數(shù)字量輸入端可直接與CPU的數(shù)據(jù)段總線相連。輸入方式：雙緩沖、單緩沖和直接輸入三種方式。輸入邏輯：與TTL兼容。輸出：模擬量電流IOUT1和IOUT2。電流建立時間：1s線性誤差：0.2%FSR（Full scale range），即芯片的線性誤差為滿量程的0.2%。非線性誤差：0.4%FSR。功耗：20mW。工作電壓：單一+5+15V電源。參考電壓：-10+10V。4.2.2 DAC0832腳功能DAC0832共有20條引腳，雙

9、列直插式封裝。引腳連接和命名如圖4-2所示。1. 數(shù)字量輸入線DI7DI0（8條）；2. 控制線（5條）；3. 輸出線（3條）； 4. 電源線（4條）4-2DAC0832引腳連接和命名4-3DAC結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列該D/A轉(zhuǎn)換器為20引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下3：(1)DI7DI0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入端。(2)CS片選信號（輸入），低電平有效。(3)ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。(4)WR1第一信號（輸入），低電平有效。該信號與ILE 信號共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和WR1 =0時，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1 =1時，為輸入寄存

10、器鎖存方式。(5) WR2 第2寫信號(輸入),低電平有效.該信號與信號XFER合在一起控制DAC寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式:當(dāng) WR2=0和XFER=0時,為DAC寄存器直通方式; 當(dāng)WR2=1和XFER=0時,為DAC寄存器鎖存方式。 (6)XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號(輸入),低電平有效 。(7)Iout1電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時，輸出電流最大；為全“0”時輸出電流最小。(8)Iout2電流輸出“2”。DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1 +Iout2=常數(shù)。(9)Rfb反饋電阻端，即運算放大器的反饋電阻端，電阻（15K）已固化在芯片中。因為DAC0832是電流輸出型D/

11、A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時需在兩個電流輸出端接運算放大器，Rfb 即為運算放大器的反饋電阻，運算放大器的接法如圖8.3所示。(10)Vref基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負，范圍為-10V+10V.(11)DGND數(shù)字地(12)AGND模擬地4.2.3 DAC0832工作方式 DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式3。1) 直通方式 WR1= WR2 =0時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進入D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式 兩個寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個寄存器處

12、于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式 兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號同時輸出的應(yīng)用場合。2.工作方式外部五個控制信號：ILE，CS，WR1,WR2，XFER連接方式的不同，可工作于多種方式:直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式。5 單元電路的設(shè)計（計算與說明）5.1 實驗原理圖5-1 實驗原理圖電路中DA0832采用單緩沖方式，具有單、雙極性輸出端（圖示中分別為Ua、Ub）。8 位D/A 轉(zhuǎn)換器DAC0832 的口地址為290，輸入數(shù)據(jù)與輸出電壓的關(guān)系為：（UREF 表示參考電壓，N 表示數(shù)數(shù)據(jù)），這里的PC機參考電壓為+5V電源。6 硬件的制作與調(diào)試6.1 鋸齒波流程圖：圖6-1

13、鋸齒波流程圖鋸齒波實現(xiàn)代碼：code segmentassume cs:codestart: mov cl,0mov dx,290hlll: mov al,clmov dx,290h ;從D/A 輸出一數(shù)據(jù)out dx,alinc al ;al 加1mov cl,almov ah,1 ;判斷是否有鍵按下int 16hje lll ;若無則轉(zhuǎn)LLLmov ah,4ch ;返回DOSint 21hcode endsend start程序每循環(huán)一次，cl加1，因此實際上鋸齒波的上升邊是由256個小階梯構(gòu)成的，但由于階梯很小，所以宏觀上看就如圖中所畫的線性增長鋸齒波。 通過cl加1，可得到正向的鋸齒波

14、，反之cl減1可得到負向的鋸齒波。 程序中cl的變化范圍是0255，因此得到的鋸齒波是滿幅度的。如要求得到非滿幅鋸齒波，可通過計算求的數(shù)字量的初值和終值，然后在程序中通過置初值和終值的方法實現(xiàn)。 6.2 正弦波流程圖：6-2正弦波流程圖正弦波實現(xiàn)代碼：data segmentsin db 80h,96h,0aeh,0c5h,0d8h,0e9h,0f5h,0fdhdb 0ffh,0fdh,0f5h,0e9h,0d8h,0c5h,0aeh,96hdb 80h,66h,4eh,38h,25h,15h,09h,04hdb 00h,04h,09h,15h,25h,38h,4eh,66h ;正弦波數(shù)據(jù)da

15、ta endscode segmentassume cs:code,ds:datastart: mov ax,datamov ds,axll: mov si,offset sin ;置正弦波數(shù)據(jù)的偏移地址為SImov bh,32 ;一組輸出32 個數(shù)據(jù)lll: mov al,si ;將數(shù)據(jù)輸出到D/A 轉(zhuǎn)換器mov dx,290hout dx,almov ah,1int 16hjne exitmov cx,50delay: loop delay ;延時inc si ;取下一個數(shù)據(jù)dec bhjnz lll ;若未取完32 個數(shù)據(jù)則轉(zhuǎn)llljmp llexit: mov ah,4ch ;退出in

16、t 21hcode endsend start以上程序產(chǎn)生的是正弦波，其低電平的寬度由延時子程序DELAYL所延時的時間來決定，高電平的寬度則由DELAYH所延時的時間決定。 6.3 實驗結(jié)果在電路輸出Ub端，使用電壓表測量其電壓值并記錄，記錄20個值之后使用模擬波形將測量值導(dǎo)入，結(jié)果圖如下：1. 鋸齒波圖6-3 鋸齒波2. 正弦波圖6-4正弦波7 總結(jié)通過這一課程設(shè)計，使在課堂上所學(xué)習(xí)的匯編語言應(yīng)用能力獲得了大的提高，也極大的增強了編寫調(diào)試程序和硬件連接的能力。本次所編寫的多功能波形發(fā)生器的程序系統(tǒng)龐大而且繁雜，過程中，所遇到的問題非常多，整個過程就是一個不斷面臨問題，不斷解決問題的過程，這

17、一過程充滿了挑戰(zhàn)性，也充滿了各種困難，但不斷的追蹤錯誤的來源也是很有趣味的一件事情。為了成功完成這個設(shè)計，我們找了很多資料，也請教了很多同學(xué)，大家互相幫助，解答疑問，雖然累，但真的學(xué)到了很多有用的知識。在這期間，不斷的碰到問題，比如電路圖的設(shè)計，排版布線等。后來還有一個問題就是調(diào)頻調(diào)幅的問題，由于我開始在程序當(dāng)中設(shè)置的值過小導(dǎo)致后來我在示波器上看到的波形調(diào)頻后效果不是非常的明顯，后來我檢查完了之后我又自己在電腦上進行修改程序調(diào)試終于把這個問題解決了。一開始的時候沒有經(jīng)驗，不知如何下手，但我們沒有松懈，一步步尋找解決問題的方法。最后成功運行出結(jié)果的時候大家都很興奮，也有些小小的成就感。一個清晰的

18、設(shè)計思路對于拿下課題來說是至關(guān)重要的條件。對課題的理解和對元件的功能的熟識的人才能思路如泉涌，明確的思路能為后續(xù)的工作打下堅實的基礎(chǔ)。利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館查資料積累案例，有利于思路的積極發(fā)散 硬件外部連線部分比較主要，實驗時將外部電路開啟更是重要，在本次試驗中，開始由于忽略了外部電路，浪費了不少時間；其次，在實驗中要注意實際操作與理論的差別，比如實驗編程中要用到的實際地址，要據(jù)計算機的實際情況來查找確定。通過此次課程設(shè)計，我深切體會到了理論和實際不可分割、相輔相成的關(guān)系。動手能力應(yīng)該建立在扎實的理論基礎(chǔ)之上，不經(jīng)思考盲目動手或者只是紙上談兵都是沒有好結(jié)果的。 本次課程設(shè)計實踐完成了一次從理論到實踐的飛躍，中間查閱了很多資料，遇到、解決了很多的困難。通過本次實踐，對0832單片機有了更深入直觀的了解，掌握了0832單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的電路設(shè)計、裝調(diào)及性能參數(shù)的測試方法，還有系統(tǒng)開發(fā)的程序設(shè)計方法與調(diào)試技術(shù)。參考文獻1 康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）（第四版）M.北京：高等教育出版社.2000:3884162 王忠民.微型計算機原理(第二版).西安電子科技大學(xué)出版社.2012.23 徐柳娟.函數(shù)信號發(fā)生器電路制作J.浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報,2009年 第4期4 關(guān)寶金.DAC0832教學(xué)應(yīng)用J.高師物理期刊5 黃珍貴.