基于单片机和dac0832的函数信号发生器的设计

基于单片机和dac0832的函数信号发生器的设计内容摘要：

1I0 图 倒 T形电阻网络 D/A转换器 电路设计如图 所示，包括由 R2R组成的电阻网络、模拟电子开关和集成运算放大器。 对于电阻网络，无论从哪个 R2R 节点看，等效电阻都是 R，因此，从参考电压端输入的电流为： IR=VREF/R 根据分流公式，各支路电流为： I7=I/21I6 =I/22I5 =I/23I4 =I/24I3 =I/25I2 =I/26I1 =I/27I0 =I/28 于是，经过运算放大器输出的模拟电压 VO 为： VO = RF∑ Ii= Rfb VREF/R 28(D7 27 +D6 26 +D5 25+ D4 24+D3 23+D2 22+D1 21+D0 20) 其中 VREF 进行 D/A 转换的系统提供的参考电压， Rfb为集成运算放大器的反馈电阻， D7 ~ D0 取值为 0 或 1,0 表示切换开关与地相连， 1 表示与参 考电压相连。 通过上述电路，即完成了二进制数字信号到模拟电压信号的转换。 ○ 2 数模转换器的主要技术指标 D/A 转换器的指标有很多，使用者最关心的几个指标如下。 （ 1） 分辨率 分辨率 指输入给 D/A 转换器的单位数字量引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与 2n之比（ n 为 D/A 转换器的二进制位数）。 显然，二进制位数越多，分辨率越高，即 D/A转换器对输入量变化的敏感程度越高。 例如， 8位的 D/A 转换器，若满量程输出为 10V，根据分辨率定义，则分辨率为 10V/2n,分辨率为 10V/256=,即输入的二进制最低位的变化可引起输出的模拟电压变化 ,该值占满量程的 %，常用 1LSB表示。 同理： 10 位 D/A 转换 1LSB==%满量程 12 位 D/A 转换 1LSB==%满量程 16 位 D/A 转换 1LSB==%满量程 使用时，应根据对 D/A 转换器分辨率的需要来选定 D/A 转换器的位数。 （ 2） 转换精度 转换精度以最大的静态转换误差的形式给出。 这个转换误差包含非线性误差、 比例系数误差以及飘逸误差等综合误差。 应该注意，精度和分辨率是两个概念。 精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近成都，而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量，分辨率很高的 D/A 转换器并不一定具有很高的精度。 （ 3） 相对精度 相对精度是指在满刻度已经校准的前提下，在整个刻度范围内，对应于任一数码的模拟量输出与它的理论值之差。 通常用偏差几个 LSB 来表示和该偏差相对满刻度的百分比表示。 （ 4） 建立时间 建立时间是描述 D/A 转换器转换快慢的一个参数，用于表明转换时间或转换速度。 其值为从输入数字量到输出达到种植 误差177。 (1/2)LSB（最低有效位）时所需的时间。 电流输出的转换时间较短，而电压的转换器，由于要加上完成 IV转换的运算放大器的延迟时间，因此转换时间要长一些。 快速 D/A 转换器的转换时间可控制在 1us 以下。 （ 5） 线性度 通常用非线性误差的大小表示 D/A 转换器的线性度，输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数表示非线性误差。 一定温度下的最大非线性误差一般为 %～ %. ○ 3 DAC0832 芯片主要特性与结构 DAC0832 系列为美国国家半导体公司生产的具有 2个数据 寄存器的 8位分辨率的 D/A转换芯片。 此芯片与微处理器完全兼容，可以完全相互代换，并且价格低廉，接口简单，转换控制容易，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。 1． DAC0832 的主要特性  分辨率为 8 为；  转换时间为 1us；  可单缓冲、双缓冲或者直接数字转换；  只需在满量程下调整其线性度；  逻辑电平输入与 TTL兼容；  单一电源供电（ +5V～ +15V）；  低功耗（ ）。  基准电压的范围为177。 10V。 2． DAC0832 的内部结构 DAC0832 的内部结构框图如图 所示。 它由 8为输入锁存器、 8 为 DAC 寄存器、 8为 D/A 转换器电路及转换控制电路构成，通过两个输入寄存器构成两级数据输入锁存。 8 位 输 入锁 存 器8 位 D A C寄 存 器8 位 D / A转 换 器amp。 amp。 amp。 D I 7 ～ D I 0I L EC SW R 1W R 2X F E RV C CA G N DR f bI O U T 1I O U T 2V r e fI L E 1 I L E 2 图 DAC0832内部逻辑框图 使用时，数据输入可以采用两级锁存（双锁存）、单级锁存（一级锁存，一级直通方式）或直接输入（两级直通）形式。 上图中， 2个与门电路组成据存期输出控制逻辑电路，该逻辑电路得功能是进行数据锁存控制，当 ILE1(ILE2)=1是，寄存器的输出跟输入数据变化。 2． DAC0832的引脚 各引脚功能如下： DI0～ DI7:8 位数据输入线。 CS—— :片选信号输入，低电平有效。 ILE:数据锁存允许控制信号，高 电平有效。 输入锁存器的锁存信号 LE1由 ILE、 CS—— 、 WR—— 的逻辑组合产生。 当 ILE=1， CS—— =0,WR1 输入负脉冲时， 图 DAC0832 外部引脚图 CSWR 1AGNDDI 3DI 2DI 1DI 0V refR fbDGND1234567891020191817161514131211V C CIL EWR 2X FE RDI 4DI 5DI 6D 17IO U T 2IO U T 1DAC0832 LE1——— 上产生正脉冲。 当 LE1——— =1时，输入 锁存器的状态随数据输入线的状态变化， LE1———的负跳变将数据输入线上的信息锁入输入寄存器。 WR—— 1：输入寄存器写选通输入信号，低电平有效。 上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式，当 ILE=1和 WR—— 1=1 时，为输入寄存器锁存方式。 WR—— 2:DAC 寄存器写选通输入信号（输入），低电平有效。 XFER———— ： 数据传送控制信号（ 输入 ） ，低电平有效。 上述两个信号控制 DAC 寄存器是数据直通方式，当 WR—— 2=0 和 XFER———— =0时，为 DAC 寄存器直通方式；当 WR—— 2=1或 XFER———— =1时，为 DAC 寄存器锁存方式。 IOUT IOUT2：电流输出， IOUT1+IOUT2=常数。 Rfb ：反馈电阻输入端。 内部接反馈电阻，外部通过该引脚接运放输出端。 为了取得电压输出，需要在电压输出端接运算放大器， Rfb 即为预算放大器的反馈电阻端。 Vref：基准电压，其值为 10V～ +10V。 AGND：模拟信号地。 DGND：数字信号地，为工作电源地和数字逻辑地，可在基准电源处进行单点共地。 VCC：电源输入端，其值为 +5V～ +15V。 ○ 4 DAC0832 芯片与单片机的接口 DAC0832 根据控制信号的接法可分为三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。 1． 单缓冲方式 此时输入锁存器和 DAC 寄存器相应的控制信号引脚分别在一起，是数据直接写入 DAC寄存器，立即进行 D/A 转换，（这种情况下，输入锁存器不起锁存作用）。 此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但是并不要求同步的系统。 图 DAC0832与 89C51的接口电路。 Vref接 5V时， IOUT1 输出电流经 运算放大器输出 0～ +5V 单极性电压。 由于 CS 和 XFER 都与单片机的。 因此，输入锁存器和 DAC寄存器的地址都为 FEFFH。 CUP对 DAC0832 执行一次写操作，则将一个数据直接写入 DAC 寄存器， DAC0832 的输出模拟量随之变化。 由于 DAC0832 具有数字量的输入锁存功能，所以数字量可以直接从从单片机的 P0口送入到 DAC0832。 执行下面几条指令就能完成一次 D/A 转换： MOV DPTR,0FEFFH ；指向 DAC0832 口地址（ 为 0） MOV A,data MOVX @DPTR,A ；启动 D/A 转换 单极性输出 V0 的正负由 Vref 的极性确定。 当 Vref的极性为正时， Vo为负；当 Vref 的极性为负时， Vo 为正。 在本系统中需要输出双极性模拟电压，因此要在系统后面再加一级运放，由二级运放得到双极性电压。 P 2 . 08 9 C 5 1P 0W RC SX F E RD I 0～D I 7V S SW R 1W R 2D G N DDAC0832V C CI L E5 VR f bI O U T 2I O U T 1V r e fv o u t 图 DAC0832 单缓冲模式接口电路 对于多路 D/A 转换输出，如果要求同步进行，可以采用双缓冲同步方式。 DAC0832 工作于双缓冲工作方式时，数字量的输入锁存和 D/A转换时分两步完成的。 首先 CPU 的数据总线分时的向各路 D/A转换器输入要转换的数字量，并将其锁存在各自的输入锁存器中，然后 CPU 对所有的 DAC 发出控制信号，使各个 DAC输入锁存器中国的数据打入 DAC 寄存器，实现同步转换输出，如图 所示。 P 2 . 58 9 C 5 1P 0W RC SX F E RD I 0～D I 7W R 1W R 2DAC0832V C CI L E5 VR f bI O U T 2I O U T 1V r e fv o u t 1C SX F E RD I 0～D I 7W R 1W R 2DAC0832V C CI L ER f bI O U T 2I O U T 1V r e fv o u t 25 VP 2 . 7P 2 . 6 图 DAC0832 双缓冲模式接口电路 由于两个 锁存器分别占用两个地址，因此在程序中需要使用两条传送指令才能完成一个数字量的模拟转换。 89C51 的 和 分别选择两路 DAC 的输入锁存器， 连接到两路 DAC的 XFER———— 端的控制同步转换。 完成两路 D/A同步转换的程序段如下： MOV DPTR,0DFFFH。 指向 DAC0832（ 1）输入锁存器 MOV A,data1 MOV @DPTR,A ； data1 送 DAC0832(1)输入锁存器 MOV DPTR,0BFFFH ；指向 DAC0832(2)输入锁存器 MOV A,data2 MOVX @DPTR,A。 data2 送 DAC0832(2)输入锁存器 MOV DPTR,7FFFH ；同时启动 DAC0832(1)和 DAC0832(2) MOVX @DPTR,A ；完成 D/A 转换输出 在需要多路 D/A 转换输出的场合，除了采用上述方法外，还可以采用多。