DA数模转换器_图文

郑州科技学院

《微机原理与接口技术》课程设 计





D/A 数模转换器

学生姓名





1 课程的目的................................................................................................... 1 2 课程设计的任务与要求 ............................................................................... 2 3 设计方案与论证........................................................................................... 3 3.1 方案一................................................................................................ 3 3.2 方案二................................................................................................ 3 3.3 方案三................................................................................................ 3 3.4 方案四................................................................................................ 3 3.5 方案五................................................................................................ 4 4 设计原理及功能说明................................................................................... 5 4.1 转换器产生各种波形的原理 ............................................................ 5 4.2 功能说明............................................................................................ 6 4.2.l DAC0832 内部结构 ................................................................ 6 4.2.2 DAC0832 脚功能 ................................................................... 6 4.2.3 DAC0832 工作方式 ............................................................... 9 5 单元电路的设计(计算与说明) ............................................................. 10 5.1 实验原理图...................................................................................... 10 6 硬件的制作与调试..................................................................................... 11 6.1 锯齿波.............................................................................................. 11 6.2 正弦波.............................................................................................. 12 6.3 实验结果.......................................................................................... 14 7 总结............................................................................................................. 16 参考文献........................................................................................................... 18 附录 1:总体电路设计原理图 ........................................................................ 19 附录 2:元器件清单........................................................................................ 20

1 课程的目的
随着数字技术,特别是计算机技术的飞速发展与普及,在现 代控制、通信及检测等领域中,为提高系 统的性能指标,对信 号的处理已广泛采用了数字计算机技术。由于实际处理对象往往 都是一些模拟量 (如温度、压力、位移、图素等),要使计算机或 数字仪表能够识别、处理这些信号,必须首先将这些模拟信 号 转换成数字信号,而后经过分析、处理,最后再将这些数字量的 结果转换成模拟量,以便驱动执行机构。因此,在模拟信号和数 字信号之间就需要一种能起桥梁作用的电路——数模转换器
[1]

。 本次课程的目的: 1. 了解数模转换的原理,学习数模转换芯片的使用方法, 熟悉 D/A 芯片接口设计方法,掌握利用数模转换芯片产 生锯齿波或正弦波的方法。 2. 在数据段中存放好对应能够产生锯齿波或正弦波的数字 量,正弦波要求 20 个值。 3. 编写程序将数据段中的数字量送到 DA0832 的输出端产 生锯齿波或正弦波

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2 课程设计的任务与要求
用 DAC0832 设计一个 D/A 转换接口电路,采用单缓冲工作 方式,产生锯齿波和正弦波。 实验前要作好充分准备,包括程序框图、源程序清单、调试 步骤、测试方法、对运行结果的分析等。 熟悉与实验有关的系统软件(如编辑程序、汇编程序、连接 程序和调试程序等)使用方法。在程序调试过程中,有意识地了 解并掌握实验系统的软硬件环境及使用,掌握程序的调试及运行 的方法技巧。 实验前仔细阅读理解教材相关章节的相关内容,实验时必须 携带教材及实验讲义。 掌握课程设计的相关知识、概念清晰,程序设计合理、能够 正确运行。 编程产生以下波形(从 Ub 输出,用示波器观察) 锯齿波。 (产生锯齿波只须将输出到 DAC0832 的数据由 0 循 环递增。 ) 正弦波。 (产生正弦波可根据正弦函数建一个正弦数字量表,取 值范围为一个周期,表中数据个数在 16 个以上。 )

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3 设计方案与论证
3.1 方案一
用分立元件组成的函数信号发生器通常是但函数信号发生 器[3],且频率不高,工作不是很稳定,而且不易调试,虽然结构 简单,制作容易,但是输出的信号频率线性度差、频率稳定度底、 频率分辨率低、频率变化时间比较长,相位的噪声大以及人机界 面不友好等缺点。

3.2 方案二
用模拟电路搭建的函数信号发生器[7][9],可以利用晶体管、 运放 IC 的等通用器件制作,应用专门的函数信号发生器 IC,如 8038 等,他们的功能较少,而且精度不高,频率上限不高,调节 方式也不够灵活, 频率和占空比也不能独立调节, 二者相互影响。

3.3 方案三
利用专用直接数字合成 DDS 芯片的函数信号发生器[6][8],能 产生任意波形并能达到很高的频率、频率切换速度快、切换相位 连续、输出信号相位噪音低、可编程、全数字化、易于集成、体 积小、重量轻、等优点,但是成本较高,从成本上考虑,不适合 选择这么昂贵的芯片。

3.4 方案四
基于单片机的函数信号发生器采用单片机编程的方法来实 现[5][9]。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅 度,而且在硬件电路不变的情况下,通过改变程序来实现频率的 变换。此外,由于通过编程方法产生的是数字信号,所以信号的
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精度可以做的很高。

3.5 方案五
利用 DAC0832 芯片[4], 利用 debug 输出命令(O 290,数据) 输出数据给 DAC0832, 用万用表测量单极性输出端Ua 及双极性 输出端Ub 的电压,验证数字与电压之间的线性关系,示波器观 察输出图形。与以上的方案相比,其器材相对容易得到,方便找 到,利于调试。又能达到学习的目的,所以我选择此方案。

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4 设计原理及功能说明
4.1 转换器产生各种波形的原理
D/A 转换器产生各种波形的原理:利用 D/A 转换器输出的模 拟量与输入数字量成正 比关系这一特点, 将 D/A 转换器作为微机输出接口, CPU 通 过程序向 D/A 转换器输出随时间呈现不同变化规律的数字量, 则 D/A 转换器就可输出各种各样的模拟量,如方波、三角波、锯齿 波、正弦波等。 数模转换器,又称 D/A 转换器,简称 DAC,它是一种将二 进制数字量形式的离散信号转换成以标准量(或参考量)为基准 的模拟量的器件。最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量 转换为直流电压或直流电流,其电路抗干扰性较好,常用作过程 控制计算机系统的输出通道,与执行器相连,实现对生产过程的 自动控制。数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数转换器设 计中。

图 4-1 D / A 转换原理图
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4.2 功能说明
4.2.l DAC0832 内部结构
DAC0832 内部由三部分的电路组成[2]。 “8 位输入寄存器” 、 “8 位 DAC 寄存器” 、 “8 位 D/A 转换电路” 由 8 位 T 型电阻网络 和电子开关组成。 DAC0832 的主要技术指标[2] 输入: 8 位数字量。 内有锁存器, 数字量输入端可直接与 CPU 的数据段总线相连。 输入方式:双缓冲、单缓冲和直接输入三种方式。 输入逻辑:与 TTL 兼容。 输出:模拟量电流 IOUT1 和 IOUT2。 电流建立时间:1μs 线性误差:0.2%FSR(Full scale range) ,即芯片的线性误差 为满量程的 0.2%。 非线性误差:0.4%FSR。 功耗:20mW。 工作电压:单一+5~+15V 电源。 参考电压:-10~+10V。

4.2.2 DAC0832 脚功能
DAC0832 共有 20 条引脚,双列直插式封装。引脚连接和命 名如图 4-2 所示。 1. 数字量输入线 DI7~DI0(8 条) ; 2. 控制线(5 条) ;
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3. 输出线(3 条) ; 4. 电源线(4 条)

4-2.DAC0832 引脚连接和命名

4-3.DAC 结构框图及引脚排列 该 D/A 转换器为 20 引脚双列直插式封装,各引脚含义如下
[3]


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(1)DI7~DI0——转换数据输入端。 (2)CS——片选信号(输入) ,低电平有效。 (3)ILE——数据锁存允许信号(输入) ,高电平有效。 (4)WR1——第一信号 (输入) , 低电平有效。 该信号与 ILE 信 号共同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 WR1 =0 时,为输入寄存器直通方式;当 ILE=1 和 WR1 =1 时,为输入寄存器锁存方式。 (5) WR2 ——第 2 写信号(输入),低电平有效.该信号与信号 XFER 合在一起控制 DAC 寄存器是数据直通方式还是数据锁存 方式 : 当 WR2=0 和 XFER=0 时 , 为 DAC 寄存器直通方式 ; 当 WR2=1 和 XFER=0 时,为 DAC 寄存器锁存方式。 (6)XFER——数据传送控制信号(输入),低电平有效 。 (7)Iout1 ——电流输出“1” 。当数据为全“1”时,输出电流最大;为全 “0”时输出电流最小。 (8)Iout2——电流输出 “2” 。 DAC 转换器的特性之一是: Iout1 +Iout2=常数。 (9)Rfb——反馈电阻端,即运算放大器的反馈电阻端,电阻 (15KΩ )已固化在芯片中。因为 DAC0832 是电流输出型 D/A 转换器,为得到电压的转换输出,使用时需在两个电流输出端接 运算放大器,Rfb 即为运算放大器的反馈电阻,运算放大器的

接法如图 8.3 所示。 (10)Vref——基准电压, 是外加高精度电压源, 与芯片内的电 阻网络相连接,该电压可正可负,范围为-10V~+10V. (11)DGND——数字地 (12)AGND——模拟地
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4.2.3 DAC0832 工作方式
DAC0832 利用 WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信号可以 构成三种不同的工作方式[3]。 1) 直通方式—— WR1= WR2 =0 时, 数据可以从输入端经两 个寄存器直接进入 D/A 转换器。 2) 单 缓 冲 方 式 — — 两 个 寄 存 器 之 一 始 终 处 于 直 通 , 即 WR1=0 或 WR2=0,另一个寄存器处于受控状态。 3)双缓冲方式—— 两个寄存器均处于受控状态。 这种工作方 式适合于多模拟信号同时输出的应用场合。 2.工作方式 外部五个控制信号:ILE,CS,WR1,WR2,XFER 连接方式 的不同, 可工作于多种方式:直通方式, 单缓冲方式, 双缓冲方式。

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5 单元电路的设计(计算与说明)
5.1 实验原理图

5-1 实验原理图

电路中 DA0832 采用单缓冲方式, 具有单、 双极性输出端 (图 示中分别为 Ua、Ub) 。 8 位 D/A 转换器 DAC0832 的口地址为 290H,输入数据与 输出电压的关系为:

(UREF 表示参考电压,N 表示数数据) ,这里的 PC 机参考电 压为+5V 电源。
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6 硬件的制作与调试
6.1 锯齿波
流程图:

图 6-1 锯齿波流程图 锯齿波实现代码: code segment assume cs:code start: mov cl,0 mov dx,290h lll: mov al,cl mov dx,290h ;从 D/A 输出一数据
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out dx,al inc al ;al 加 1 mov cl,al mov ah,1 ;判断是否有键按下 int 16h je lll ;若无则转 LLL mov ah,4ch ;返回 DOS int 21h code ends end start 程序每循环一次,cl 加 1,因此实际上锯齿波的上升边是由 256 个小阶梯构成的,但由于阶梯很小,所以宏观上看就如图中 所画的线性增长锯齿波。 通过 cl 加 1,可得到正向的锯齿波,反之 cl 减 1 可得到负向 的锯齿波。 程序中 cl 的变化范围是 0~255, 因此得到的锯齿波是满幅度 的。如要求得到非满幅锯齿波,可通过计算求的数字量的初值和 终值,然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。

6.2 正弦波
流程图:

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6-2正弦波流程图

正弦波实现代码: data segment sin db 80h,96h,0aeh,0c5h,0d8h,0e9h,0f5h,0fdh db 0ffh,0fdh,0f5h,0e9h,0d8h,0c5h,0aeh,96h db 80h,66h,4eh,38h,25h,15h,09h,04h db 00h,04h,09h,15h,25h,38h,4eh,66h ;正弦波数据 data ends code segment assume cs:code,ds:data start: mov ax,data mov ds,ax
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ll: mov si,offset sin ;置正弦波数据的偏移地址为 SI mov bh,32 ;一组输出 32 个数据 lll: mov al,[si] ;将数据输出到 D/A 转换器 mov dx,290h out dx,al mov ah,1 int 16h jne exit mov cx,50 delay: loop delay ;延时 inc si ;取下一个数据 dec bh jnz lll ;若未取完 32 个数据则转 lll jmp ll exit: mov ah,4ch ;退出 int 21h code ends end start 以上程序产生的是正弦波,其低电平的宽度由延时子程序 DELAYL 所延时的时间来决定,高电平的宽度则由 DELAYH 所 延时的时间决定。

6.3 实验结果
在电路输出 Ub 端,使用电压表测量其电压值并记录,记录 20 个值之后使用模拟波形将测量值导入,结果图如下:
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1. 锯齿波

图 6-3 锯齿波 2. 正弦波

图 6-4 正弦波

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7 总结
通过这一课程设计,使在课堂上所学习的汇编语言应用能力 获得了大的提高,也极大的增强了编写调试程序和硬件连接的能 力。 本次所编写的多功能波形发生器的程序系统庞大而且繁杂, 过程中, 所遇到的问题非常多, 整个过程就是一个不断面临问题, 不断解决问题的过程,这一过程充满了挑战性,也充满了各种困 难,但不断的追踪错误的来源也是很有趣味的一件事情。 为了成功完成这个设计,我们找了很多资料,也请教了很多 同学,大家互相帮助,解答疑问,虽然累,但真的学到了很多有 用的知识。在这期间,不断的碰到问题,比如电路图的设计,排 版布线等。后来还有一个问题就是调频调幅的问题,由于我开始 在程序当中设置的值过小导致后来我在示波器上看到的波形调 频后效果不是非常的明显,后来我检查完了之后我又自己在电脑 上进行修改程序调试终于把这个问题解决了。一开始的时候没有 经验,不知如何下手,但我们没有松懈,一步步寻找解决问题的 方法。最后成功运行出结果的时候大家都很兴奋,也有些小小的 成就感。 一个清晰的设计思路对于拿下课题来说是至关重要的条件。 对课题的理解和对元件的功能的熟识的人才能思路如泉涌,明确 的思路能为后续的工作打下坚实的基础。利用网络和图书馆查资 料积累案例,有利于思路的积极发散 硬件外部连线部分比较主要,实验时将外部电路开启更是重 要,在本次试验中,开始由于忽略了外部电路,浪费了不少时间;
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其次,在实验中要注意实际操作与理论的差别,比如实验编程中 要用到的实际地址,要据计算机的实际情况来查找确定。通过此 次课程设计,我深切体会到了理论和实际不可分割、相辅相成的 关系。动手能力应该建立在扎实的理论基础之上,不经思考盲目 动手或者只是纸上谈兵都是没有好结果的。 本次课程设计实践完成了一次从理论到实践的飞跃,中间查 阅了很多资料, 遇到、 解决了很多的困难。 通过本次实践, 对 0832 单片机有了更深入直观的了解,掌握了 0832 单片机应用系统开 发的电路设计、装调及性能参数的测试方法,还有系统开发的程 序设计方法与调试技术。

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参考文献
[1] 康光华.电子技术基础(数字部分) (第四版)[M].北京:高等 教育出版社.2000:388~416 [2] 王忠民 . 微型计算机原理 ( 第二版 ). 西安电子科技大学出版 社.2012.2 [3] 徐柳娟. 函数信号发生器电路制作 [J]. 浙江水利水电专科学校 学报,2009 年 第 4 期 [4] 关宝金.DAC0832 教学应用[J].高师物理期刊 [5] 黄珍贵.基于 D/A 转换器的程控电源设计[J].防科技大学机电 工程与自动化学院 湖南长沙 [6] 龙安国.基于 DDS 芯片 AD9850 的全数控函数信号发生器的设 计与实现[J].2008.11 [7] 赵萍 胡冰峰.集成函数发生器 8038 芯片内部电路的验证与分 析 [J].现代电子技术.2011.3 [8] 黄乡生 杨占才 胡世文.基于 DDS 和 FPGA 的数字函数信号 发生器设计和实现[J] .《东华理工大学学报:自然科学版》 2009 年 第 4 期 [9] 李廷贵.基于 DAC0832 和 AT89 S52 的信号发生器设计[J].电 子科技 2012

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附录 1:总体电路设计原理图

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附录 2:元器件清单
1.PC 微机一台; 2.实验装置一台; 3.示波器一台; 4.导线若干根。

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