单片机原理及应用技术项目化项目8简易信号发生器的设计.ppt

　　【项目导入】　　用单片机控制一些终端设备，往往需要模拟信号。由于单片机本身只提供数字信号(二进制)，这就要求单片机必须连接D/A转换器，将数字信号转换为模拟信号后，才能控制终端设备。单片机的 D/A应用在工业领域十分广泛，本项目通过设计一个简单的函数信号发生器来讲述单片机的D/A转换原理和接口电路以及编程方法，以帮助读者掌握D/A转换在单片机控制系统中的应用。 　　【项目目标】　　1. 知识目标　　(1) 理解D/A转换的原理、主要性能指标； 　　(2) 熟悉DAC0832的结构和引脚功能；　　(3) 掌握单片机与DAC0832的接口电路设计。 　　2. 能力目标　　(1) 能够正确使用D/A转换器； 　　(2) 能够设计单片机与D/A转换器的接口电路；　　(3) 能编程控制D/A转换器的数据转换。 　　　　　　8.1 项 目 描 述　　函数信号发生器是一种常用的信号源，广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本项目使用单片机设计一个信号发生器，可产生方波、锯齿波和正弦波。在系统中采用单片机和DAC0832连接组成硬件电路，通过软件编程来实现波的处理。本项目设计的发生器能根据需要，通过按键控制选择三角波、方波、锯齿波和正弦波等四种波形。 　　　　　　8.2 项目目的与要求　　本项目的目的就是搭建一个单片机与DAC0832的接口连接电路，通过编程来实现产生多种波形，比如三角波、方波、锯齿波和正弦波等四种波形，然后将产生的波形显示到示波器上。本项目在实施过程中需要解决以下关键问题： 　　(1) 搭建单片机与DAC0832的连接电路。　　(2) 理解DAC0832的工作原理与转换性能。　　(3) 输出三角波、方波、锯齿波和正弦波等四种信号。　　(4) 通过按键来改变输出信号。 　　　　　8.3 项目支撑知识链接8.3.1 D/A转换器　　1．D/A转换器的基本原理　　D/A转换器用于将离散的数字信号转换为连续变化的模拟量，如图8-1所示。 图8-1 D/A转换器 　　基本的D/A转换器由电压基准或电流基准、精密电阻网络、电子开关及全电流求和电路构成。选择D/A转换器时要注意三个重要指标：分辨率、准确度和转换速度。另外，还要考虑其基本要求，例如温度稳定性、输入编码、输出方式、基准和功耗等。 　　D/A转换器的工作原理如图8-2所示，数字量以串行或并行方式输入，存储于数字寄存器中，各位分别控制对应的模拟电子开关，数字为1的位将在位权网络上产生与其权值成正比的电流值(由基准电压通过不同的电阻控制得到)，由求和电路将各种权值相加，就可得到与数字量对应的模拟量。由于CPU输出的数字量数据是不连续的，经过D/A转换的过程也需要一定的时间，转换后的模拟量结果也是断续的，因此事实上CPU进行D/A转换后输出的模拟量随时间的变化曲线不是平滑的，而是呈阶梯状的。 图8-2 D/A转换的原理 　　D/A转换器的种类有很多。按照数据的输入方式，D/A转换器有串行方式和并行方式两种，输入数据包括8位、10位、12位、14位、16位等多种规格，输入数据位数越多，分辨率也越高；按照输出模拟量的性质，D/A转换器分为电流输出型和电压输出型两种，电压输出又有单极性和双极性之分，如0～+5 V、0～+10 V、±2.5 V、±5 V、±10 V等，可以根据实际需要进行选择；按照解码网络结构分类，可分为T形电阻网络DAC、倒T形电阻网络、权电流DAC和权电阻网络DAC。 　　2．D/A转换器的动态指标　　1) 分辨率　　D/A转换器的分辨率指单位数字量变化引起的模拟量输出的变化。通常定义分辨率为刻度值与2n(n为二进制位数)之比。二进制位越多，分辨率越高。例如，若满量程为5 V，则根据定义，分辨率为5 V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为5 V/28?=?19.5 mV，即二进制变化一位可引起模拟电压变化19.5 mV，该值占满量程的0.195%，常用符号1LSB表示。 　　2) 线性度　　线性度也称为非线性误差，通常用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。一般情况下，我们把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分比定义为非线性误差。　　3) 精度　　转换精度是以最大静态转换误差的形式给出的。在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、增益误差、非线性误差和微分非线性误差。 　　精度与分辨率是两个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度；而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量。D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。如果不考虑其他D/A转换误差，则D/A转换器的转换精度就是分辨率的大小，因此要获得高精度