第8章AT89C51后向通道接口技術(shù)

8.1“簡易信號(hào)發(fā)生器”的接口技術(shù)8.1.1基礎(chǔ)知識(shí)1.數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量單片機(jī)處理的是數(shù)字量。實(shí)際應(yīng)用中，常常需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量以推動(dòng)、控制外設(shè)或?yàn)橥獠克茫ɡ龁纹瑱C(jī)信號(hào)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(jī)、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(hào)。顯然，該技術(shù)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)后向通道的接口技術(shù)。本項(xiàng)目以“AT89C51和DAC0832構(gòu)成的簡易信號(hào)發(fā)生器”（以下稱“簡易信號(hào)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(biāo)（1）分辨率分辨率是輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需的模擬電壓的變化量。一個(gè)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(xí)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(shí)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?jǐn)?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(gè)不同的概念。精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)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(shí)間建立時(shí)間是指當(dāng)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(dá)到穩(wěn)定數(shù)值的時(shí)間，該指標(biāo)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?jǐn)?shù)。該項(xiàng)指標(biāo)表明了溫度變化對(duì)D/A轉(zhuǎn)換精度的影響。4）應(yīng)用特性①有兩級(jí)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(shí)，需要外加轉(zhuǎn)換電路。5）與AT89C51單片機(jī)的接口方法DAC0832內(nèi)部有輸入寄存器和DAC寄存器，5個(gè)控制端：ILE、/CS、/WR1、/WR2、/Xfer，能實(shí)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(shí)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(hào)圖和引腳功能8.1.2“簡易信號(hào)發(fā)生器”電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)2.匯編語言程序設(shè)計(jì)、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(gè)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(hào)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(gè)數(shù)未取完，循環(huán)取數(shù);SJMPBANYUAN ;4US;復(fù)位，重新開始1042USBANY: INCR2;2US;數(shù)據(jù)序號(hào)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(gè)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的接口技術(shù)8.2.1基礎(chǔ)知識(shí)1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每給一個(gè)有效脈沖就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，一般用于精確的運(yùn)動(dòng)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的外形照片。常見的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為3種：永磁式（PM，分為單極性、雙極性電機(jī)），反應(yīng)式（VR）和變磁阻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB，混合式）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)給電動(dòng)機(jī)適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步進(jìn)角）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。調(diào)整脈沖信號(hào)的頻率可以改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角為18°，則每來一個(gè)勵(lì)磁脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)18°，來20個(gè)勵(lì)磁信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一周。3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全部勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱1～2相勵(lì)磁。（1）1相勵(lì)磁法1相勵(lì)磁法是指在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。這種方法消耗的電力小、精確度好，但轉(zhuǎn)矩小、振動(dòng)較大，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)可轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角度。若以1相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表8-1所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。（2）2相勵(lì)磁法2相勵(lì)磁法在每一瞬間會(huì)有兩個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因2相勵(lì)磁法轉(zhuǎn)矩大、振動(dòng)小，故為目前使用最多的勵(lì)磁方式，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)可轉(zhuǎn)過一個(gè)步進(jìn)角度。若以2相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表8-2所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。（3）1～2相勵(lì)磁法1～2相勵(lì)磁法為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因1～2相勵(lì)磁法分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)可走9°，故也廣泛被采用。若以1～2相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表8-3所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般來說，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要較大的驅(qū)動(dòng)電流。AT89C51單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動(dòng)，所以要加驅(qū)動(dòng)芯片。2003是較常用的驅(qū)動(dòng)芯片，它的每個(gè)引腳的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)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(jìn)電動(dòng)機(jī)裝置”電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)1.電路設(shè)計(jì)2.匯編語言程序設(shè)計(jì)、匯編ORG 00HSTART: MOV DPTR,#TAB1 ;取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制脈沖表首地址 MOV R4,#0H ;脈沖序號(hào)初始值(R4)=0MOV P2,#0 ;步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(hào)+1 CJNE R4,#5,POS1 ;脈沖序號(hào)5時(shí)轉(zhuǎn)POS1 MOV R4,#1 ;脈沖序號(hào)=5時(shí)，重置為1POS1: MOV A,R4 ;正轉(zhuǎn)18° MOVC A,@A+DPTR ;根據(jù)脈沖序號(hào)，取脈沖數(shù)據(jù) MOV P2,A ;脈沖數(shù)據(jù)送P2口，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ACALL DELAY ;延時(shí) AJMP WAIT ;循環(huán)DELAY: MOV R6,#5 ;延時(shí)