第8章AT89C51后向通道接口技術(shù)

8.1“簡易信號發(fā)生器”的接口技術(shù)8.1.1基礎(chǔ)知識1.數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量單片機處理的是數(shù)字量。實際應(yīng)用中，常常需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量以推動、控制外設(shè)或為外部所用（例單片機信號發(fā)生器）。D/A轉(zhuǎn)換器就是一種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量（電流、電壓等）的接口IC。由單片機、D/A轉(zhuǎn)換器組成的電路加上相應(yīng)的程序，便可產(chǎn)生外設(shè)所需的各種模擬信號。顯然，該技術(shù)是單片機應(yīng)用系統(tǒng)后向通道的接口技術(shù)。本項目以“AT89C51和DAC0832構(gòu)成的簡易信號發(fā)生器”（以下稱“簡易信號發(fā)生器”）為例來講解AT89C51后向通道接口技術(shù)。2.D/A轉(zhuǎn)換器DAC08321）主要性能指標（1）分辨率分辨率是輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需的模擬電壓的變化量。一個N位的D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率定義為滿刻度電壓與2N的比值，其中N為ADC的位數(shù)。分辨率習慣上以輸入數(shù)字量的位數(shù)表示。滿量程為10V的8位D/A轉(zhuǎn)換器（如DAC0832）的分辨率為10V×2839mV；滿量程為10V的12位D/A轉(zhuǎn)換器（如DAC1208）的分辨率為10V×2122.4mV。（2）線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換的線性度。在理想情況下，D/A轉(zhuǎn)換特性應(yīng)該是線性的，實際轉(zhuǎn)換中，把理想輸入/輸出特性的偏差與滿刻度輸入之比的百分數(shù)，稱為非線性誤差。（3）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移誤差等綜合誤差。精度與分辨率是兩個不同的概念。精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值與理論值的接近程度，而分辨率是指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量。分辨率很高的轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。（4）建立時間建立時間是指當D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，輸出模擬量達到穩(wěn)定數(shù)值的時間，該指標反映了D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的快慢。（5）溫度系數(shù)溫度系數(shù)是指在滿刻度輸出的條件下，溫度每升高1℃，輸出變化的百分數(shù)。該項指標表明了溫度變化對D/A轉(zhuǎn)換精度的影響。4）應(yīng)用特性①有兩級鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。②內(nèi)部無參考電壓，需外接參考電壓電路。③為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時，需要外加轉(zhuǎn)換電路。5）與AT89C51單片機的接口方法DAC0832內(nèi)部有輸入寄存器和DAC寄存器，5個控制端：ILE、/CS、/WR1、/WR2、/Xfer，能實現(xiàn)3種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。2）主要特性①分辨率為8位，轉(zhuǎn)換電流建立時間為1s；②直通、單緩沖、雙緩沖工作方式；③非線性誤差：0.20%FSR（FullScaleRange，滿刻度）；④邏輯電平輸入與TTL兼容；⑤單一電源供電（+5～+15V）；⑥低功耗（20mW）。3）邏輯符號圖和引腳功能8.1.2“簡易信號發(fā)生器”電路設(shè)計和程序設(shè)計1.電路設(shè)計2.匯編語言程序設(shè)計、匯編（1）程序一：程序功能：產(chǎn)生幅值為5V、周期約為3ms的鋸齒波。ORG 00HJUCHI: MOV A,#00 ;第一個數(shù)據(jù)JUCHI1: SETB P3.0 ;2us;MOV P2,A ;2US;輸出數(shù)據(jù)到DAINCA ;2US;數(shù)據(jù)更新，+1CLR P3.0 ;2US;

DAC寄存器的寫選通SJMP JUCHI1 ;4US;循環(huán)END ;結(jié)束（2）程序二：程序功能：產(chǎn)生幅值為2.5V、周期約為1ms的半圓波。ORG 00HBANYUAN:MOV R2,#00 ;2US;數(shù)據(jù)序號起始為0MOV R1,#40 ;2US;數(shù)據(jù)長度為40BANY1:SETBP3.0 ;2US; MOV DPTR,#TAB ;4US; MOV A,R2 ;2US; MOVCA,A+DPTR ;4US;查表取數(shù) MOVP2,A ;2US;輸出數(shù)據(jù)到DACCLRP3.0 ;2US;DAC寄存器的寫選通DJNZR1,BANY2 ;4US;40個數(shù)未取完，循環(huán)取數(shù);SJMPBANYUAN ;4US;復位，重新開始1042USBANY: INCR2;2US;數(shù)據(jù)序號更新，+1SJMP BANY1;4US;26US*40-6=1034USTAB2:DB 0,40,56,67,77,85,91,97,102,107,111;要送出到DA的數(shù)據(jù)表，共40個數(shù)DB 114,117,120,122,124,125,127,127,128DB 128,127,127,125,124,122,120,117,114DB 111,107,102,97,91,85,77,67,56,40,0END8.2AT89C51控制步進電動機的接口技術(shù)8.2.1基礎(chǔ)知識1.步進電動機的種類步進電動機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，每給一個有效脈沖就轉(zhuǎn)一個角度，一般用于精確的運動控制，常嵌入于應(yīng)用系統(tǒng)中。圖8-8所示的是一種小型步進電動機的外形照片。常見的步進電動機分為3種：永磁式（PM，分為單極性、雙極性電機），反應(yīng)式（VR）和變磁阻步進電動機（HB，混合式）。步進電動機按繞在定子上的線圈配置分類可分為2相、4相、5相等。2.步進電動機的工作原理當給電動機適當?shù)拿}沖信號，電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步進角）。步進電動機轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。調(diào)整脈沖信號的頻率可以改變步進電動機的轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。若步進電動機的步進角為18°，則每來一個勵磁脈沖，電動機轉(zhuǎn)動18°，來20個勵磁信號，電動機就轉(zhuǎn)動一周。3.步進電動機的勵磁方式步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全部勵磁又有1相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱1～2相勵磁。（1）1相勵磁法1相勵磁法是指在每一瞬間只有一個線圈導通。這種方法消耗的電力小、精確度好，但轉(zhuǎn)矩小、振動較大，每送一個勵磁信號可轉(zhuǎn)過一個步進角度。若以1相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如表8-1所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。（2）2相勵磁法2相勵磁法在每一瞬間會有兩個線圈同時導通。因2相勵磁法轉(zhuǎn)矩大、振動小，故為目前使用最多的勵磁方式，每送一個勵磁信號可轉(zhuǎn)過一個步進角度。若以2相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如表8-2所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。（3）1～2相勵磁法1～2相勵磁法為1相與2相輪流交替導通。因1～2相勵磁法分辨率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一個勵磁信號可走9°，故也廣泛被采用。若以1～2相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如表8-3所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。4.步進電動機的驅(qū)動一般來說，驅(qū)動步進電動機需要較大的驅(qū)動電流。AT89C51單片機的I/O口不能直接驅(qū)動，所以要加驅(qū)動芯片。2003是較常用的驅(qū)動芯片，它的每個引腳的驅(qū)動電流可達50mA。圖8-10所示為2003芯片引腳圖及內(nèi)部邏輯圖。8.2.2“控制步進電動機裝置”電路設(shè)計和程序設(shè)計1.電路設(shè)計2.匯編語言程序設(shè)計、匯編ORG 00HSTART: MOV DPTR,#TAB1 ;取步進電動機控制脈沖表首地址 MOV R4,#0H ;脈沖序號初始值(R4)=0MOV P2,#0 ;步進電動機不轉(zhuǎn)WAIT: MOV P1,#0FFH ;P1為輸入 JNB P1.1,POS ;判斷P1.1上的按鈕是否按下，按下轉(zhuǎn)POS SJMP WAIT ;未按下，循環(huán)等待POS: INC R4 ;脈沖序號+1 CJNE R4,#5,POS1 ;脈沖序號5時轉(zhuǎn)POS1 MOV R4,#1 ;脈沖序號=5時，重置為1POS1: MOV A,R4 ;正轉(zhuǎn)18° MOVC A,@A+DPTR ;根據(jù)脈沖序號，取脈沖數(shù)據(jù) MOV P2,A ;脈沖數(shù)據(jù)送P2口，控制步進電動機轉(zhuǎn)動 ACALL DELAY ;延時 AJMP WAIT ;循環(huán)DELAY: MOV R6,#5 ;延時