8位输出通道设计

1.1输出通道简介模拟量输出通道的任务一把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的；模拟量输出通道（称为D/A通道或AO通道）构成一一般是由接口电路、数/模转换器（简称D/A或DAC）和电压/电流变换器等；模拟量输出通道基本构成一多D/A结构和共享D/A结构1.2输出通道设计方案多D/A结构|>D/A——V/I一一通道n图1.2.1多D/A结构框图特点：1、一路输出通道使用一个D/A转换器2、D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器3、D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用4、结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立5、缺点是所需D/A转换器芯片较多共享D/A结构

通道J通道11图1.2.2共享D/A结构框图通道J通道11特点：1、多路输出通道共用一个D/A转换器2、每一路通道都配有一个采样保持放大器3、D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用4、采样保持器实现模拟信号保持功能5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠低、占用主机时间本次课程设计选择结构较为简单的多D/A结构1.3通道硬件方案1.3.1DAC的选择数字模拟转换器（英语：Digitaltoanalogconverter，英文缩写：DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号（以电流、电压或电荷的形式）的设备。模拟数字转换器（ADC）则是以相反的方向工作。在很多数字系统中（例如计算机），信号以数字方式存储和传输，而数字模拟转换器可以将这样的信号转换为模拟信号，从而使得它们能够被外界（人或其他非数字系统）识别。数字模拟转换器的常见用法是在音乐播放器中将数字形式存储的音频信号输出为模拟的声音。有的电视机的显像也有类似的过程。数字模拟转换器有时会降低原有模拟信号的精度，因此转换细节常常需要筛选，使得误差可以忽略。由于成本的考虑以及对于模块化电子元件的需求，数字模拟转换器基本上是以集成电路（Integratedcircuit,耻）的形式制造。数字模拟转换器有多重架构，它们各自都有各自的优缺点。在特定的应用中，数字模拟转换器的选用是否合适，取决于其一系列参数（包括转换速率以及分辨率）是否合适。本次课程设计选用DAC0832芯片。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到

广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。丽DEAGyp|~i~图1.3DAC0832芯片1.3.2光耦隔离器的选择光电隔离器（optoelectronicisolator，英文缩丽DEAGyp|~i~图1.3DAC0832芯片1.3.2光耦隔离器的选择光电隔离器（optoelectronicisolator，英文缩输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电一光一电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是:信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR）.仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。本次课设选用moc3021光电耦合器moc3021是摩托罗拉生产的可控硅输出的光电耦合器；常用做大功率可控硅的光电隔离触发器，且是即时触发的；还有moc3041、moc3061、moc3081等，是过零触发的。1.3.3单片机的选择单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit)，单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。本次课程设计选用c51系列单片机51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。1.4输出通道设计框图大体设计思路如下本次课设设计只设计2路8位D/A转换，因此不用数据缓冲，仅用一块74LS138连接。2系统硬件设计2.1DA转换器DAC0832简介DAC0832的主要特性参数*分辨率为8位；*电流稳定时间1us；*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；*只需在满量程下调整其线性度；*单一电源供电（+5V〜+15V）；*低功耗，20mWDAC0832结构D0〜D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER:数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；*WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1:电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2:电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V〜+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V〜+10V；AGND:模拟信号地DGND:数字信号地2.1.3DAC0832的工作方式根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。所以这个芯片的应用很广泛，关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。DAC0832引脚功能说明：DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER:数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线，芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线（+5v~+15v）Vref:基准电压输入线（-10v~+10v）AGND:模拟地，摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地，两种地线在基准电源处共地比较好.

DQ寄存器DQ输入DQDQ三一…8位

DAC寄存器LE2图3-3DAC088位

DAC

转换器」AGND当切=时,输出数据随输入变化。当珏=时，输出数据被锁存。I~^REFLDGND框图及弓脚图2.1.3DAC1210原理框图及引脚2.2隔离方案光电隔离的作用一DQ寄存器DQ输入DQDQ三一…8位

DAC寄存器LE2图3-3DAC088位

DAC

转换器」AGND当切=时,输出数据随输入变化。当珏=时，输出数据被锁存。I~^REFLDGND框图及弓脚二、光电耦合器：将发光元件和受光元件组合在一起，通过电-光-电这种转换，利用“光”这一环节完成隔离功能，使输入和输出在电气上是完全隔离的。根据受光元件的不同可分为晶体管输出型和品闸管输出型两类。光电耦合器具有三个特点：①信号传递采取电-光-电的形式，发光部分和受光部分不接触，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰，②抑制噪声干扰能力强；③具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般为数以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于10ns。三、固态继电器：固态继电器按使用场合可以分为交流型(AC-SSR)和直流型(DC-SSR)两类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。四、隔离放大器：为完成地线隔离，将放大器加上静电和电磁屏蔽浮置起来，这种放大器叫隔离放大器，或叫隔离器，其输入和输出电路与电源没有直接的电路耦合关系。常用的隔离放大器有AnalogDevices公司的AD277J、AD202、AD204、AD289、AD290、AD210、AD281等。五、线性光电隔离放大器：利用发光二极管的光反向送回输入端，正向送全输出端，从而提高了放大器的精度和线性度。放大器的输入端和输出端是用光隔离的，所以不存在电气连接。常见的线性光电隔离放大器有Burr-Brown公司的ISO100、3650和3652本次课设设计选用moc3021光耦隔离。基本参数：moc3021，采用DIP封装方式。通道数:1隔离电压:7500V输出类型:三端双向可控驱动输入电流:60mA输出电压:400V封装类型:DIP针脚数:6光电耦合器类型:SCR/三端双向可控硅开关输出封装类型:DIP-6工作温度范围:-40°Cto+85°C电流，有效值最大：100mA触发电流，If最大：15mA输出电压最大:400V阈值电流，Ifon:15mA阻断电压:400V

2.3—路通道设计本次课设用proteus来仿真模拟图2.3.1隔离部分转换器的输出电压经两级光电耦合器变成输出电流，这样既满足了转换的隔离，有实现了电压/电流变换。为了取得良好的变换线性度和精度，在使用中应挑选线性好、传输比相同并始终工作在先行区的两只光电耦合器。一路通道仿真图图2.3.2一路通道总设计图2.4总体设计仿真接口电路图2.4.1接口电路总体仿真图2.4.2系统总体电路3系统软件设计3.1proteus简介Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、

HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。3.1.2功能特点Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是:（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性的特点：互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。3.2D/A转换程序#pragmadboesb#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定义DAC0832端口地址*/#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定义DAC0832端口地址*/#defineucharunsignedchar/*延时函数*/voiddelay(uchart){while(t—);}voidsaw(void){/*锯齿波发生函数*/uchari;for/*延时函数*/DAC0832=i;

voidsquare(void){DAC0832=0x00;delay(0x10);DAC0832=0xff;delay(0x10);}voidmain(void){uchari,j;i=j=0xff;while(i—){saw();}voidsquare(void){DAC0832=0x00;delay(0x10);DAC0832=0xff;delay(0x10);}voidmain(void){uchari,j;i=j=0xff;while(i—){saw();}while(j—){square();}}1.输出固定电压的程序/*方波发生函数*//*产生一段锯齿波*//*产生一段方波*/#include<AT89X52.H>unsignedcharflag;//波型输出标置变量bittime;unsignedcharsin(unsignedcharx){unsignedcharcodesin_tab[]={125,128,131,134,138,141,144,147,150,153,156,159,162,165,168,171,174,177,180,182,185,188,191,193,196,198,201,203,206,208,211,213,215,217,219,221,223,225,227,229,231,232,234,235,237,238,239,241,242,243,244,245,246,246,247,248,248,249,249,250,250,250,250,250,250,250,250,249,249,248,248,247,246,246,245,244,243,242,241,239,238,237,235,234,232,231,229,227,225,223,221,219,217,215,213,211,208,206,203,201,198,196,193,191,188,185,182,180,177,174,171,168,165,162,159,156,153,150,147,144,141,138,134,131,128,125,122,119,116,112,109,106,103,100,97,94,91,88,85,82,79,76,73,70,68,65