工学第四章智能信号源课件

第四章智能信号发生器一.设计要求

1.1功能要求（1）信号源种类：方波、矩形波、三角波和正弦波。（2）波形选择方式：键盘开关控制。（3）波形显示方式：LED灯指示工作状态，数码管显示信号频率。1.2指标要求（1）信号频率：方波：1KHz;矩形波：4KHz；三角波：500KHz；正弦波：200Hz.（2）峰峰幅值：方波：5V;矩形波：5V；三角波：±5V；正弦波：±5V。

第四章智能信号发生器一.设计要求1.1功能要求1.21单片机输出数字信号的形式主要有开关量、数字量和频率量。模拟量输出通道是将单片机输出的数字量，转换成适合于执行机构所要求的模拟量的环节，如电压、电流和频率等。2.设计思路输入电路放大电路数模转换单片机滤波电路键盘电路BCD拨码触摸屏等D/A模数转换电路AT89S51同相反相程控有源无源数字单片机输出数字信号的形式主要有开关量、数21.单路模拟量输出通道的一般结构

二、模拟量输出通道2.多路模拟量输出通道的一般结构

1.单路模拟量输出通道的一般结构二、模拟量输出通道2.多路3三、D/A转换原理1.D/A转换器分类（1）按工作原理可分为:权电阻网络D/A转换器；倒T型电阻网络D/A转换器；权电流型D/A转换器等。

（2）按转换位数可分为:8位10位D/A转换器；12位D/A转换器；16位D/A转换器。

（3）按输出形式可分为:电压型转换器；电流型转换器。

（4）按总线形式可分为:并联总线D/A转换器；串联总线D/A转换器。

三、D/A转换原理1.D/A转换器分类（1）按工作原理可分42.倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻网络D/A转换器由求和运算放大器、模拟开关和电阻网络等组成，电阻接成倒T型。2.倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻网络D/A转5设总电流为I，图中看出从11‘、22’、33‘、44’每个端口向左看的等效电阻都是R，总电流w为:流过44＇支路的电流为I/2，流过33＇、22＇、11＇各支路的电流分别为I/4、I/8、I/16。2.倒T型电阻网络D/A转换器设总电流为I，图中看出从11‘、22’、33‘、446放大器反馈电阻的电流：左式表明输出模拟电压正比于输入的数字量。2.倒T型电阻网络D/A转换器取RF=R放大器反馈电阻的电流：左式表明输出模拟电压正比于输入7对于n位倒T型电阻网络D/A转换器，输入为n位二进制数字量，输出的模拟电压：

可见倒T型电阻网络的电阻取值只有R和2R两种，精度容易保证，而且，流过各2R电阻的电流直接流入运算放大器的输入端，提高了转换速度。

利用倒T型电阻网络制作的集成芯片种类很多，例如常见8位的DAC0832、10位的5G7520和16位的AD7546等。

2.倒T型电阻网络D/A转换器对于n位倒T型电阻网络D/A转换器，输入为n位二进制数字83、权电流型D/A转换器

若用一组恒流源取代倒T型电阻网络D/A转换器中的电阻网络，可构成权电流型D/A转换器。由此可见输出电压也正比于输入的数字量。3、权电流型D/A转换器若用一组恒流9在单片集成DAC中，DAC0806、DAC0807、DAC0808等均为权电流型D/A转换电路。4、倒T型电阻和权电流型D/A转换器比较

倒T型电阻网络D/A转换器由求和运算放大器、模拟开关和电阻网络等组成，模拟开关的导通和关断电阻及转换速度会影响D/A转换器的转换精度和时间。权电流型D/A转换器采用恒流源后，由于恒流源内阻极大，相当于开路，所以各支路权电流的大小不再受开关导通电阻和电压的影响，降低了对开关电路的要求，因此提高了D/A转换器的转换精度。在单片集成DAC中，DAC0806、D105.D/A转换器的主要技术指标

（1）转换精度：转换精度指在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，通常用分辨率和转换误差描述。①分辨率指当输入数字发生单位数码变化时所对应的输出模拟量的变化量。例:VREF=5V的8位D/A转换器DAC0832,其分辨率为5000mV/255=19.6mV。②转换误差指实际输出的模拟电压与理想值之间的最大偏差，主要包含增益误差、漂移误差和非线形误差等。例如某8位DAC的满量程转换误差为±0.1%，其含义为：0.5%×FSR=0.5%×(256-1)×LSB=1/4LSB5.D/A转换器的主要技术指标（1）转换精度：11(2)转换速度输入数字量的变化越大，建立时间越长，所以输入从全0跳变为全1（或从全1变为全0）时建立时间最长，该时间称为满量程建立时间，一般手册上给出的建立时间指满量程建立时间。一般由建立时间决定。建立时间是指当输入的数字量变化时，输出电压进入与稳态值相差范围以内的时间。5.D/A转换器的主要技术指标

(2)转换速度输入数字量的变化越大，建12四、并行D/A转换器DAC0832

1.芯片简介：DAC0832是美国国家半导体公司生产的8位分辨率的D/A转换芯片，28引脚封装，主要性能如下：分辨率8位；转换时间1μs；单电源＋5V～＋15V。DI7~DI0：8位数字量输入信号。Ⅰout1Ⅰout2：模拟电流输出端。ILE:输入寄存器允许信号。CS:片选信号,低电平有效。WR1:数据写入输入寄存器信号。WR2:数据写入DAC寄存器信号。WFER:数据传送控制信号。Rfb：内部反馈电阻引脚。VREF：参考电压输入，±10V。四、并行D/A转换器DAC08321.芯片简介：13（1）直通方式（不受控）当WR1=WR2=CS=XFER=0ILE=1时芯片工作于直通方式：只要数字量从DI7～DI0输入，就立即进行D/A转换，并输出转换结果。2.DAC0832的三种工作方式：（1）直通方式（不受控）当WR1=WR14（2）单缓冲方式此种工作方式下，两个寄存器中任一个处于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态或两个寄存器同步受控。应用于只有一路模拟输出或有多路输出但不要求多路同时输出的场合。（2）单缓冲方式此种工作方式下，两个寄存15①单极性电压输出输出电压u0:u0=－B×VREF/256B=00H~FFH(00~255)

完成一次D/A转换程序:MOVDPTR,＃7FFFH MOVA,＃DATAMOVX@DPTR,A

（2）单缓冲方式VREF=5VIUOT1IUOT2uORfbAT89S51①单极性电压输出输出电压u0:完成一次D/A转换程序:（16②双极性电压输出（2）单缓冲方式VREF=5VIUOT1IUOT2u01Rfbu0R2R2Ru02=(B－128)×VREF/128AT89S51②双极性电压输出（2）单缓冲方式VREF=5VIUOT117（3）双缓冲方式此工作方式下，CPU对DAC0832进行两次写操作，CPU经数据总线分时向各路DAC输入要转换的数字量，并锁存在各路DAC的输入寄存器中，然后CPU对所有的DAC发出控制信号，使各个DAC输入寄存器中的数据输入DAC寄存器，实现多路同步转换输出。（3）双缓冲方式此工作方式下，CPU对18MOV DPTR,#0BFFFHMOV A,R1MOVX @DPTR,A ；待转换的数据送入1#0832寄存器MOV DPTR,#7FFFHMOV A,R2MOVX @DPTR,A ；待转换的数据送入2#0832寄存器MOV DPTR,#0DFFFHMOVX @DPTR,A ；1#、2#转换结果同时输出由图可见，两片输入寄存器的地址分别为:BFFFH7FFFH两片DAC寄存器的地址均为:DFFFH。若设要输出的数据存于R1、R2寄存器中。相应的转换程序如下：（3）双缓冲方式MOV DPTR,#0BFFFH由图可见，两片输19五、串行D/A转换器TLC5615

1.芯片简介：TLC5615是美国德州仪器公司生产的具有串行接口的10位DAC芯片，具有引脚少、功耗低等特点。DIN：串行数据输入端；OUT:模拟电压输出端；CS:芯片选择端，0有效；SCLK：串行时钟输入端；DOUT：级联串行数据输出端；REFIN：基准电压输入端；2V～(VDD-2)，通常取2.048V。VDD：正电源端，4.5～5.5V，通常取5V。AGND：模拟地。五、串行D/A转换器TLC56151.芯片简介：20五、串行D/A转换器TLC5615

2.内部原理框图：模拟电压UOUT最大值为2倍于参考电压：UOUT=2BVREF/102416位寄存器分为高4位虚拟位、10位数据位和低2位填充位。五、串行D/A转换器TLC56152.内部原理框图：模拟21（3）TLC5615的工作原理串行数据的输入和输出必须满足片选信号为低电平和时钟信号SCLK有效跳变两个条件。输入时SCLK的上升沿把串行输入数据DIN移人内部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿DOUT输出串行数据，片选的上升沿把数据传送至DAC寄存器。当片选为高电平时，串行输入数据DIN不能由时钟同步送入移位寄存器；输出数据DOUT保持最近的数值不变而不进入高阻状态。（3）TLC5615的工作原理串行数据的输入和输22六、智能信号发生器电路图六、智能信号发生器电路图23七、智能信号发生器软件编程1.方波编程：1KHz/±5V(u02=(B－128)×VREF/128)+5V-5V0.5mS0.5mStDACF:CLR2.7LOOP:MOVP0,#0FFHACALLDELZMOVP0,#00HACALLDELZJNB20H,TUN1AJMPLOOPTUN1:RETDELZ:MOVR7,#125DEL1:DJNZR7,DEL1RET七、智能信号发生器软件编程1.方波编程：1KHz/±5V242.矩形波编程：4KHz/±5V(u02=(B－128)×VREF/128)DACJ:CLR2.7LOOP:MOVP0,#0FFHACALLDELLMOVP0,#00HACALLDELSJNB21H,TUN2AJMPLOOPTUN2:SETB2.7RETDELL:MOVR7,#50DEL1:DJNZR7,DEL1RETDELS:……+5V-5V0.2mS0.05mSt0.2mS2.矩形波编程：4KHz/±5V(u02=(B－12253.三角波编程：200Hz/±5V(u02=(B－128)×VREF/128)DACS:CLR2.7LOOP:MOVP0,#0FFHDOW:DECP0DECP0CJNEP0,#00H,DOWUP:INCP0INCP0CJNEP0,#0FFH,UPJNB22H,TUN3AJMPLOOPTUN3:SETB2.7RET+5V-5V1mS1mSt3.三角波编程：200Hz/±5V(u02=(B－26DACZ:CLR2.7MOVP0,#00HMOVDPTR,#TAB1LOOP:MOVA,P0MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AINCP0JNB23H,TUN4NOPAJMPLOOPTUN4:SETB2.7RETTAB1:80H,83H,86H,…FFHFCH,F9H,F6H,…80H7DH,7AH,77H,…00H03H,06H,09H,…80H4.正弦波编程：200Hz/±5V(u02=(B－128)×VREF/128)+5V-5V2.5mS2.5mSt此方法也适合输出任意波形的信号。DACZ:CLR2.74.正弦波编程：200Hz274.正弦波编程：200Hz/±5V(u02=(B－128)×VREF/128)由于受单片机程序控制方法的限制，不能输出很高频率的信号，但可采用数字频率合成（DDS）技术，即将一个周期的正弦波信号（或其他波形）离散取样后，把样点的幅度数字量存入ROM中，再按一定的地址间隔读出，经D/A转换后可输出对应的模拟信号波形。

只要驱动ROM地址的时钟频率足够高，可获得很高频率的信号。目前已有专用的DDS集成芯片，可输出数百兆赫兹的正弦波。4.正弦波编程：200Hz/±5V(u02=(B－285.键盘软件编程（波形选择：20H,21H,22H,23H为控制波形位单元）ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINP0;键盘中断入口ORG001BAJMPIT1P;定时1中断入口0RG0030HMAIN:MOVSP,#60HMOV20H,#00H;波形单元清零CLRP2.7;启动0832MOVP0,#80H;波形输出清零SETBP2.7;关闭0832……;2个中断初始化LOP:JB20H,FB;输出方波JB21H,JB;输出矩形波JB22H,SB;输出三角波JB23H,ZB;输出正弦波……ACALLBCD;二翻十ACALLDIR;显示频率AJMPLOPINP0:CLREX0;关键盘中断MOVP1,#0FFHMOVA,P1CJNEA,#0EFH,JXB;转矩形波SETB20H;启动方波JXB:CJNEA,#0DFH,SJB;转三角波SETB21H;启动矩形波……SWAPAMOVP1,A;波形指示灯亮SETBEX0RETI5.键盘软件编程（波形选择：20H,21H,22H,23H295.键盘软件编程（方波频率测量：TH0和TL0单元为计数频率值）FB:CLR21HCLR22HCLR23HMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR1;启动T1定时1S计算T0的计数频率值SETBTR0;T0计数(频率）开始，T1定时1S到时，停止T0计数ACALLDACF;调用方波DAC输出子程序……信号频率表5.键盘软件编程（方波频率测量：TH0和TL0单元为计数频30八、输出显示器件和设备类型LED发光二极管：管压降1.2~2.5V,电流5~20mA。LED发光数码管：段码式--日、田、和米字型等。点阵式--4×7、5×7、7×9等。LCD液晶显示器：7段笔段式--字符点阵式--图形点阵式--CRT阴极摄像管：单色和彩色。EGAVGA和TV-GA等。光栅扫描式和随机扫描式。微型打印机：针式GP16和热敏RD系列等。八、输出显示器件和设备类型LED发光二极管：管压降1.2~2311.LED发光二极管（1）基本特性■具有主动发光（颜色：红绿黄橙兰）及二极管特性。■正向压降一般为1.2V~2.6V，发光工作电流3mA~20mA。（2）基本应用■电路或设备的工作状态指示，如运行、停止和报警等。1.LED发光二极管（1）基本特性（2）基本应用322.LED发光数码管：(1)段码式：日、田、和米字型等，显示方式有动态和静态。“日”字形：由7个LED构成的7段（或8段）显示器;“田”字形：由12个LED构成的显示器;“米”字形：由16个LED构成的显示器。2.LED发光数码管：(1)段码式：日、田、和米字型等，显332.LED发光数码管：(2)点阵式：可显示数字、字母或简单图形等。字母A点阵数据行信号(字型码)列号12345D011011D110101D201110D300000D401110D501110D601110D7111115*7点阵数码管①显示工作原理2.LED发光数码管：(2)点阵式：可显示数字、字母或简单34②点阵式LED与单片机接口电路①列扫描信号依次为“0”,按列号相应送出行信号(字型码)。②延时一段时间后,送出第2列对应的字型码。③依次选中点阵显示器的所有列，从而显示出完整字符。②点阵式LED与单片机接口电路①列扫描信号依次为“0”,按列35③点阵式LED软件编程（显示方波、矩形波…)显示方波字形程序DIR:MOVP1,#0FFHMOVP3,#00HSETBP3.3MOVP1,#10000000BACALLD10MSSETBP3.4MOVP1,#11111110BACALLD10MSSETBP3.5MOVP1,#11111110BACALLD10MSSETBP3.6MOVP1,#11111110BACALLD10MSSETBP3.7MOVP1,#10000000BACALLD10MSRET③点阵式LED软件编程（显示方波、矩形波…)显示方波字形程序363.LCD显示器及接口电路(1)显示器结构和工作原理工作原理:利用外界光照射液晶材料而实现的被动显示部件，它主要利用了液晶分子排列结构的可极性化和旋光特性进行数字、字母和图形的显示。3.LCD显示器及接口电路(1)显示器结构和工作原理工作原37（3）笔段式LCD显示器①LCD显示器对驱动电路的要求LCD驱动电路

七段LCD数码显示器■电路需要25~10Hz的方波信号COM.■方波信号的直流分量不能超100mV.（3）笔段式LCD显示器①LCD显示器对驱动电路的要求LC38②LCD显示器的交流静态显示电路4位LCD显示器方波信号MC14543为BCD锁存、七段译码芯片，其功能把4位BCD码转换7段译码。LD:片内锁存控制：LD=1,允许数据输入片内；LD=0,数据被锁存片内。BI:消隐控制：BI=1时不显示字符，一般接高电平。PH:驱动方式控制：PH=1--共阳LED,PH=0--共阴LED,接入方波--LCD。②LCD显示器的交流静态显示电路4位LCD显示器方波信号M39②LCD显示器的交流静态显示电路(30H~33H内容送入LCD)ORG0000HAJMPMAINORG001BHAJMPINT1MAIN:MOVTMOD,#10HMOVTH1,#0D8H;10mSMOVTL1,#0F0H;12MHzSETBEASETBET1SETBTR1……LCALLDISP……INT1:(产生方波）MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HCPLP3.7;PHRETIDISP:MOVR0,#30H;指向缓冲区首址MOVR2,#10000000B;允许第一位LCD显示DIR1:MOVA,@R0;取显示数据(0000****）ORLA,R2;加上位选控制码MOVP1,A;输出数据ANLP1,#0FH;置MC14543为锁存状态INCR0;指向下一缓冲单元MOVA,R2;指向下一显示位RRA;书上有误MOVR2,A;允许下一位LCD显示JNBACC.3,DIR1;4位未显示完毕RET②LCD显示器的交流静态显示电路(30H~33H内容送入L40③点阵式LCD显示器简介MGLS-240128液晶显示模块是由液晶板、液晶显示控制器、液晶驱动器、背光板等组成。整屏尺寸为144mm×104mm，有240×128点，可显示16点阵汉字15×8个,亦可显示图形。③点阵式LCD显示器简介MGLS-240128液晶显示模块是414.CRT（阴极射线管）显示器（1）CRT显示器分类CRT按显像管颜色：单色和彩色。按显示原理：光栅扫描和随机扫描。按主机显示卡：EGAVGATV-GA.（2）CRT显示器特点CRT优点：性能价格比高、可视性好、发光效率高。缺点：能耗大、体积大、辐射强。（3）CRT显示器应用数字示波器、逻辑分析仪、电脑显示器和各种医疗仪器等。4.CRT（阴极射线管）显示器（1）CRT显示器分类CRT42（4）CRT显示器原理4.CRT（阴极射线管）显示器（4）CRT显示器原理4.CRT（阴极射线管）显示器435.微型打印机(TP和RD系列）（1）微型打印机TPP-40A微型打印机的内部有一单片机，程序中固化控打程序。当打印机通电后，由打印机内部的单片机执行固化的控打程序，就可以接收和分