基于單片機的數(shù)模轉換設計

PAGEPAGE-34-目錄150471、系統(tǒng)方案 -3-50501.1、方案比較與選擇 -3-102981.1.1、單片機選擇與論證 -3-298551.1.2、顯示器件選擇與論證 -3-312191.1.3、鍵盤形式選擇與論證 -4-209591.1.4排阻形式選擇與論證 -4-235752理論分析與計算 -8-HYPERLINK\l_Toc272432.1、D/A轉換器的主要技術指標 -8-203951．分辨率 -8-13122．轉換精度 -8-192823．輸出電壓（或電流）的建立時間（轉換速度） 2-8-4.溫度系數(shù)2.2數(shù)模轉換器2.2.131617權電阻網絡DAC的原理分析 -9-26953、電路與程序設計 -11-147723.1.1、總體框圖設計 -11-HYPERLINK\l_Toc40793.1.2、顯示電路 -11-312403.1.3、權電路 -12-52263.1.4、按鍵電路 -13-84033.1.5、驅動電路 -14-3.1.6、輸出電路204013.1.7、總電路 -16-152933.2、程序流程圖 -17-283723.2.2、液晶顯示子程序流程圖 -18-31473.2.3、輸出電路程序流程圖 -19-313344、測試方案與測試結果 -20-236874.1、測試方案 -20-289244.2、測試結果與測試分析 -20-641附錄 -21-8948附錄1：電路原理圖 -21-15749附錄2：源程序 -21-1、系統(tǒng)方案1.1、方案比較與選擇1.1.1、單片機選擇與論證方案一：AT89C51單片機。AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS８位單片機，片內含4k字節(jié)的可反復擦寫1000次的只讀程序存儲器（PEROM）和128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。方案二：C8051F060單片機。C8051F060芯片是由Cygnal公司生產的，集成有高速、流水線結構的CIP-51內核，具有內置RAM，2個16位1Msps的ADC，芯片自身帶有CAN總線控制器、59個I/O口。它是高度集成的芯片，減少了外圍器件，進而降低了系統(tǒng)硬件設計的復雜性?；趯δ荦R全性的考慮，和本次設計的要求我們運用方案一。1.1.2、顯示器件選擇與論證方案一：數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，能與CMOS、ITL電路兼容。發(fā)光響應時間極短(<0．1μs)，高頻特性好，單色性好，亮度高。體積小，重量輕，抗沖擊性能好。壽命長，使用壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時。但顯示功能有限，只能顯示數(shù)字和個別字母。方案二：液晶顯示器。液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，顯示質量高。其接口都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。方案三：陰極射線管顯示器。此種顯示器圖像色彩豐富，還原性好，有豐富的幾何失真調整能力。但不能長期暴露在磁場下，會磁化或損壞，不能讓強光直射，會降低發(fā)光效率，不能在高溫下使用，工作性能和使用壽命會大打折扣?；趯︼@示器功能的穩(wěn)定性和齊全性考慮，我們采用方案二。1.1.3、鍵盤形式選擇與論證方案一：獨立式按鍵。獨立按鍵的輸入線較多，結構復雜，一般適用于按鍵較少，操作速度較高的場合。方案二：行列式鍵盤。行列式鍵盤由行和列線交叉組成，一般適用于按鍵較多的場合。使用2×2矩形鍵盤，這樣鍵盤模塊僅使用8根線與處理器相連，節(jié)省了系統(tǒng)資源。由于我們功能比較少，矩形鍵盤占用電路板位置較大，因此選擇方案一。1.1.4排阻形式選擇與論證方案一：多個單個電阻。個數(shù)多，接線困難，誤差大。且浪費資金。方案二：排阻。數(shù)量少，接線容易，價格便宜。由于本次試驗本身對接線要求就高，所以采用方案二。1.1.5、材料選擇與論證方案一：塑料板。塑料板質量輕，不易碎，但是也不好加工，且不環(huán)保。方案二：木板。木板質量比塑料板重，但比玻璃板輕，易于加工，可塑性強。由于本次試驗對材料的可塑性要求較高，因此采用方案二。1.2所選器件的分析1.2.1STEC89C51引腳圖如下：1.2.2LED顯示屏1.2.3LM3242理論分析與計算2.1、D/A轉換器的主要技術指標1．分辨率分辨率用于表征D/A轉換器對輸入微小量變化的敏感程度。①D/A轉換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)－－可用輸入數(shù)字量的位數(shù)n表示D/A轉換器的分辨率；②可用D/A轉換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率。2．轉換精度D/A轉換器的轉換精度是指輸出模擬電壓的實際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉換誤差。輸出電壓（或電流）的建立時間（轉換速度）從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出電壓進入與穩(wěn)定值相差±0.5LSB范圍內所需要的時間，稱為建立時間tset。目前單片集成D/A轉換器（不包括運算放大器）的建立時間最短達到0.1微秒以內。溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃，輸出電壓變化的百分數(shù)作為溫度系數(shù)。2.2數(shù)模轉換器2.2.1權電阻網絡DAC的原理分析集成運算放大器，作為求和權電阻網絡的緩沖，并將電流轉換為電壓輸出。開關Si的位置受數(shù)據(jù)鎖存器輸出的數(shù)碼di控制：當di=1時，Si將對應的權電阻接到參考電壓UREF上；當di=0時，Si將對應的權電阻接地。虛短運算放大器總的輸入電流為虛斷運算放大器輸出電壓為令RF=R/2，則即：輸出的模擬電壓uO正比于輸入的數(shù)字量Dn，從而實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉換。當Dn=Dn-1…D0=0時，uO=0；因而uO的變化范圍是當Dn=Dn-1…D0=11…1時，因而uO的變化范圍是權電阻網絡D/A轉換器的特點①優(yōu)點：結構簡單，電阻元件數(shù)較少；②缺點：阻值相差較大，制造工藝復雜。電路與程序設計3.1.1、總體框圖設計系統(tǒng)總體框圖如圖所示CPU模塊CPU模塊控制模塊顯示模塊輸出模塊驅動模塊輸出模塊驅動模塊3.1.2、顯示電路LED顯示屏與傳統(tǒng)的CRT相比，LED不但體積小，厚度薄，耗能少（1到10微瓦、平方厘米），工作電壓低（1.5到6v）能與集成電路直接連用。并且在與集成電路焊接是比數(shù)碼管接線簡單。容易操作。3.1.3、權電路1、權電阻網絡D/A轉換器電路權電阻網絡D/A轉換器電路如下圖所示，它由理想運算放大器、電阻網絡、電子模擬開關等組成。當di=1時（i=0,1,2,3），電子模擬開關接VREF，當di=0時，電子模擬開關接地。3.1.4、按鍵電路此電路實現(xiàn)四種不同功能的轉換。按鍵一實現(xiàn)平板旋轉360°功能，按鍵二實現(xiàn)一枚硬幣平衡擺動的功能，按鍵三實現(xiàn)八枚硬幣平衡擺動的功能，按鍵四實現(xiàn)始終指向一點的功能。電路圖如圖。圖按鍵電路3.1.5、驅動電路本次的電路主要是有程序通過AT89C51驅動的。顯示電路是由P0口和P2.0;P2.1;P2.2口驅動的。權電路是由P1口來驅動的。輸出電路是由單片機通過權電路驅動。3.1.6、輸出電路電路經過輸入的數(shù)字電路通過單片機的程序，輸出通過權電路，然后2R?等比分流，再通過LM324輸入給電壓表。3.1.7、總電路開始3.2、程序流程圖開始結束電壓放大輸出啟動D/A轉換單片機檢測按鍵按鍵按下系統(tǒng)初始顯示電壓值結束電壓放大輸出啟動D/A轉換單片機檢測按鍵按鍵按下系統(tǒng)初始顯示電壓值圖程序流程圖3.2.2、液晶顯示子程序流程圖開始開始初始化LCD顯示內容寫入緩存LCD控制器啟動延時置DISP為高電平液晶屏正常顯示置DISP為低電平延時LCD控制器關閉液晶屏無顯示圖液晶顯示流程圖圖所示的程序用來顯示為調節(jié)電壓。3.2.3、輸出電路程序流程圖判斷？判斷？頻率增加退出波形輸出等待按鍵命令判外部中斷2DAC輸出單片機輸出的數(shù)據(jù)判外部中斷頻率增加退出波形輸出等待按鍵命令判外部中斷2DAC輸出單片機輸出的數(shù)據(jù)判外部中斷 N Y 圖LM324工作流程圖測試方案與測試結果4.1、測試方案基本要求：此次試驗是通過軟件程序和硬件搭建電路實現(xiàn)。通過按鍵電路對顯示電路數(shù)字顯示分別輸入0V，1V,2V,3V,4V.此時，通過轉換電路后讀出電壓表的顯示示數(shù)。觀察計算誤差。4.2、測試結果與測試分析測量結果:在允許的誤差范圍內，觀察電壓表的示數(shù)。如果誤差超過了允許的范圍，我們先對硬件電路進行排查分析，進行對電路的數(shù)據(jù)分析，最后到軟件程序的分析。附錄附錄1：電路原理圖附錄2：源程序#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint sbitlcdrs=P2^0;sbitlcdwr=P2^1;sbitlcden=P2^2;sbitS1=P2^4;sbitS2=P2^5;sbitS3=P2^6;sbitS4=P2^7;ucharcodePresetDat[]={"SHURU:0.00V"};ucharcodeCurrentDat[]={"MadeByJbms:0.00V"};ucharcount,S1num,V_point,V_ge,V_shi,I_point,I_ge,I_shi;ucharS1_OK=0,Confirm=0,DA,VCC,Power;//ucharlcd_read_dat();//////////////////延時1ms子程序開始//////////////voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=0;x<121;x++)for(y=0;y<z;y++);}//////////////////延時1ms子程序結束////////////////******寫指令子函數(shù)******************/voidlcd_write_com(ucharcom){lcdrs=0;//lcdrs=0即設置寫指令狀態(tài)lcdwr=0;//寫狀態(tài)lcden=0;//從這句開始將en置1然后又置零，是將其顯示為高脈沖P0=com;//將要寫的指令傳給P0口delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;//en的高脈沖設置完畢}/******寫數(shù)據(jù)子函數(shù)******************/voidlcd_write_dat(ucharx_pos,uchary_pos,uchardat){x_pos&=0x0f;//X位置范圍0~15//y_pos&=0x01;//Y位置范圍0~1//if(y_pos==1)x_pos+=0x40;x_pos+=0x80;lcd_write_com(x_pos);lcdrs=1;//lcdrs=1即設置寫數(shù)據(jù)狀態(tài)lcdwr=0;//寫狀態(tài)lcden=0;//從這句開始將en置1然后又置零，是將其顯示為高脈沖P0=dat;//將要寫的數(shù)據(jù)傳給P0口delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;//en的高脈沖設置完畢}/*******************初始化子函數(shù)**************/voidlcd_init(){ucharnum;lcd_write_com(0x38);//顯示16×2,5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口。lcd_write_com(0x0c);//顯示開/關及光標設置lcd_write_com(0x06);//設置讀寫一個字符后指針自動加1或減1及整屏左移動lcd_write_com(0x01);lcd_write_com(0x80);//設置數(shù)據(jù)指針位置，即從什么位置開始顯示，for(num=0;num<14;num++){lcd_write_dat(num,0,PresetDat[num]);delay(5);}lcd_write_com(0x80+0x40);//設置數(shù)據(jù)指針位置for(num=0;num<14;num++){lcd_write_dat(num,1,CurrentDat[num]);delay(5);}}ucharkeyscan()//等待調時間的子函數(shù)，S1S2S3為功能鍵按，S1閃爍調整位置的功能鍵，S2增加1，S3減少1{if(S1==0){delay(5);//鍵盤按鍵消抖if(S1==0){S1num++;//S1增加功能鍵按下的次數(shù)while(!S1);//按鍵松手檢測if(S1num==1){lcd_write_com(0x80+11);lcd_write_com(0x0f);//光標閃爍，表示可以調整時間}if(S1num==2)//如果S1即第二次按下，光標向前移動{lcd_write_com(0x80+10);}if(S1num==3)//如果S1即第三次按下，光標向前移動{lcd_write_com(0x80+8);}if(S1num==4)//如果S1即第四次按下，光標向前移動{lcd_write_com(0x80+0x40+11);}if(S1num==5)//如果S1即第五次按下，光標向前移動{lcd_write_com(0x80+0x40+10);}if(S1num==6)//如果S1即第六次按下，光標向前移動{lcd_write_com(0x80+0x40+8);}if(S1num==7)//如果S1即第七次按下，則定時器開始計時，S1num清零，光標不閃爍{S1num=0;S1_OK=1;lcd_write_com(0x0c);}}}if(S1num!=0){if(S2==0){delay(5);if(S2==0)//在S2按下時，實現(xiàn)加1調整{while(!S2);//電壓增加調整if(S1num==1){V_point++;if(V_point==10)V_point=0;lcd_write_dat(11,0,0x30+V_point);lcd_write_com(0x80+11);}if(S1num==2){V_ge++;if(V_ge==10)V_ge=0;lcd_write_dat(10,0,0x30+V_ge);lcd_write_com(0x80+10);}if(S1num==3){V_shi++;if(V_shi==6)V_shi=0;lcd_write_dat(8,0,0x30+V_shi);lcd_write_com(0x80+8);}//電流增加調整if(S1num==4){I_point++;if(I_point==10)I_point=0;lcd_write_dat(11,1,0x30+I_point);lcd_write_com(0x80+0x40+11);}if(S1num==5){I_ge++;if(I_ge==10)I_ge=0;lcd_write_dat(10,1,0x30+I_ge);lcd_write_com(0x80+0x40+10);}if(S1num==6){I_shi++;if(I_shi==6)I_shi=0;lcd_write_dat(8,1,0x30+I_shi);lcd_write_com(0x80+0x40+8);}}}if(S3==0)//在S3按下時，實現(xiàn)減1調整{delay(5);//電壓減少調整if(S3==0){while(!S3);if(S1num==1){V_point--;if(V_point==-1)V_point=9;lcd_write_dat(11,0,0x30+V_point);