《机电一体化应用技术》-项目二波形发生器与数据采集系统

任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.1.1简易波形发生器系统操作指导

1.电路原理图如图2一1所示为D/A转换实验模块电路原理图，如图2一2所示为D/A转换实验板。通过与主机模块的接线，利用单片机控制程序，控制D/A芯片输出模拟电压，可使用示波器观察输出波形。

2.连线(见表2一1)3.使用KeilC51编写、编译程序

4.将控制程序烧写到单片机

5.操作并观察、记录示波器状态

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设计制作2.1.2扩展要求:输出波形的改变

1.扩展要求1

修改源程序中各波形的延时时间，即修改调用函数DelayMS(n)中的参数n,重新编译、烧写程序至单片机，然后观察并记录示波器输出的各种波形，要求将输出波形图绘制在本任务报告中。

2.扩展要求2

在任务1的基础上，再增加一个开关S4，当闭合开关S4时，单片机控制D/A转换芯片输出正弦波。)下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.1.3D/A转换接口技术1.D/A转换基本原理

D/A车专换器的解码网络主要有两种:权电阻解码网络和T型电阻网络。根据一个二进制数的每一位的权，产生一个与二进制数的权成正比的电流，只要将代表每一个二进制位权的电流叠加起来就是该二进制数所对应的模拟电流信号。如图2一4所示，开关闭合对应二进制数“1”，开关断开对应二进制数“0”。最后通过一个集成运放将由流信号转棒为电压信号。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.D/A转换器的主要技术指标衡量D/A转换器性能的技术指标有很多，使用时主要应考虑以下儿个:(1)分辨率:指单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为满量程值的1/2n(n为转换器的位数)。显然，位数越多，分辨率越高。

(2)车专换精度:表明了实际模拟输出值与理想值之间的最大偏差，用于衡量D/A转换器所得模拟量的精确程度。位数越多，转换精度也越高。但应当注意，转换精度和分辨率是两个不同的概念，相同量程、相同位数的不同转换器，其分辨率相同，但精度可能会有所不同。

(3)转换时间:也称稳定时间，是指从数字量输入到建立稳定模拟量输出所需的时间，是描述D/A转换器转换速度的一个重要参数。一般为儿十个纳秒到儿微秒。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作3.D/A转换芯片DAC0832DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V~+15V均可正常工作。基准电压的范围为一10V~+10V;电流稳定时间为1us;采用CMOS工艺，低功耗20tnW。

1)DAC0832的引脚功能

DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图2一5所示。DAC0832内部结构枢图如图2一6所示。

2)DAC0832的工作方式

DAC0832有三种不同的工作方式:直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。但直通方式不符合单片机控制过程，所以很少使用，常用的有单缓冲方式和双缓冲方式，只需对控制引进行不同的连接设置即可。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作4.LM324低功率四运算放大器从DAC0832的Iout2，和Iout2引脚输出的为模拟电流信号，需经过运算放大器转换输出电压。在本任务中采用了LM324芯片进行模拟电压转换输出，参考图2一1电路原理图。2.1.4单片机系统扩展技术(三总线与接口地址)1.单片机的片外三总线单片机的三总线指的是数据总线(DataBus)、地址总线(AddressBus)和控制总线(ControlBus)。如图2-7所示为单片机外部并行扩展总线结构图。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作1)数据总线(DB)

用来传送指令和数据信息。由单片机的P0端口兼做数据总线D0~D7，数据总线是双向的，可以从单片机传送数据给外部芯片，也可由单片机接收外部芯片的数据。一般称“单片机的数据线”指的就是P0口引出的接线。

2)地址总线(AB)

用来制定数据存储单元的地址分配信号线，传送由单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和外部芯片的选择。AT89S52单片机有16条地址线，地址信息由P0和P2口提供，其中P2口提供高8位地址A15~A8,P0口提供低8位地址A7A0。地址总线是单向的，只能由单片机从P2和P0口输出。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作3)控制总线(CB)

是一组控制信号线，各有其特殊的功能，用于协调单片机与外围芯片之间的关系。在单片机应用电路中，经常使用的控制信号线有:2.芯片的接口地址单片机在进行系统扩展时，单片机引脚与外部芯片引脚基本上是按照片外三总线的类型来连接的，连接方法如表2-2所列。单片机与外部芯片的数据线与控制线的连接方式基本固定，而地址线的连接虽然有一定的规则，但是在不同的应用电路中则有所区别，因而产生不同的地址信号，这一地址信号，对于外部芯片来说，就是它的接口地址。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.1.5DAC0832C51控制程序设计

1.C51语言控制DAC0832的方法在C51语言中，对存储器或外部芯片进行读/写操作时需先指定地址，通过指令“#defineDAC0832XBYTE[0x7FFF]”，定义宏“DAC0832”为外部数据存储区0x7FFF地址，那么在程序中使用到符号“DAC0832”时，指的就是地址Ox7FFF。宏定义指令中符号“XBYTE[]”已在头文件“absacc.h”中定义，所以需先使用指令“include<absacc.h>”装入。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.DAC0832输出方波信号如图2-3(a)所示的方波信号，为持续一段时间的高低电平交替而生成，利用DAC0832输出方波信号的方法很简单，只需执行指令“DAC0832=OxFF;”就可经过过D/A转换，输出“0xFF”对应的电压值一5V(因参考电压VREF为+5V，输出极性相反，故转换电压为一5V);执行指令“DAC0832=0x00;”就可以经过D/A转换输出“0x00”对应的电压值5V(OUT1输出的电压值为0V)。若改变数据“0xFF”或"0x00"，可输出不同的电压值。改变DelayMS(500)中的500，可得到不同周期的波形输出。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作3.DAC0832输出锯齿波信号根据DAC0832进行D/A转换的基本原理，对数字量“0xFF”进行D/A转换时，得到一5V模拟电压输出，转换数字量“0x00”，得到+SV模拟电压输出，转换数字量在0x00~0xFF时，得到一5V~5V之间的模拟电压输出。而锯齿波，就是随时间连续增大(或减小)的模拟电压所产生的波形信号，如图2一3(b)所示。要实现该波形输出，只需将进行D/A转换的数字量依次增大(或减小)即可，使用指令“DAC0832=n++;”就可以实现锯齿波形的输出n初值为0，则DAC0832将数据“0”进行转换，输出+5V电压;n++则对n进行加1操作，使n=1,DAC0832对数据“1”进行转换，输出4.961V即5一0.039mV)电压;依此类推，输出电压值从+5V~5V依次递减，在示波器上显示出锯齿波形。下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作4.DAC0832愉出正弦波信号上述锯齿波信号的产生，原理是送DAC0832进行D/A转换的数据通过增1运算“n++”依次递增1而得，要产生如图2-11所示的正弦波信号，与产生锯齿波信号的原理相同，不同之处在于送入D/A转换器的数据，正弦波信号的电压值与锯齿波的不同，因而送DAC0832进行D/A转换的数据也不一样，不能通过简单的增1或减1来完成转换数据的变化。一般采用取采样点数据的方法:先将正弦波信号的一个周期分为256份，将每一份所对应的点的电压值计算出来，并且根据D/A转换的原理，反推算出模拟电压值所对应的数字量,256个点共有256个数据，将这组数据存为一个表，在控制程序中，依次取出表中的数据.送DAC0832讲行D/A转换.从而得到正弦波信号下一页返回上一页任务2.1简易波形发生器的

设计制作2.1.6任务报告要求报告的格式可参考附录。在本任务的报告中，完成两个扩展要求的说明，需绘制波形图，标注其中的相关参数(如电压值、周期等)。返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作2.2.1简易电压表系统操作指导

1.电路原理图如图2一12所示为A/D转换实验模块电路原理图。通过与主机模块的接线，利用单片机控制程序，控制A/D转换芯片将模拟电压转换为数字量，显示在发光二极管上。

2.连线在图2一13的A/D转换实验模块面板上所显示的插孔，与图2一12的电路原理图中的引脚一致，如面板上的Q0一Q7插孔，即为电路原理图中芯片74LS377输出端的Q0一Q7，用以控制发光二极管亮或灭。下一页返回任务2.2简易电压表的设计制作3.使用KeilC51编写、编译程序4.将控制程序烧写到单片机5.操作并观察、记录发光二极管状态

(I)调节A/D转换实验板上的旋钮，将其向左旋至尽头，可观察到实验板的8个发光二极管全灭，此时将数字万用表挡位调至直流电压挡，可测得IN3插口的电压值为0。

(2)调节旋钮，将其向右旋至尽头，可观察到实验板的8个发光二极管全亮，此时用万用表测得IN3插口的电压值为5V。

(3)调节旋钮至任意位置，记录发光二极管亮灯效果，并用万用表测量IN3引脚电压值，需对应记录下发光二极管亮灯效果和电压值。下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作2.2.2扩展要求:外部中断的应用

1.扩展要求1

调节旋钮，并用万用表测量IN3引脚电压，记录下当电压值为1V,1.5V,2V,2.5V,3V,3.5V,4V,4.5V时，8个发光二极管的状态(用二进制、十六进制和十进制数表示)。

2.扩展要求2

将接在IN3的导线拔出，插人INO对应插口，修改程序，实现对INO输入模拟电压的A/D转换，结果显示在发光二极管上。

3.扩展要求3

参考知识要点关于外部中断的说明，编程实现A/D转换的中断控制程序。下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作2.2.3A/D转换接口技术

1.A/D转换原理

A/D转换器可分为直接并行比较式、逐次逼近式、双积分式、跟踪比较式等多种。其中，逐次逼近式A/D转换器易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，应用最为广泛。逐次逼近式A/D转换器由电压比较器、D/A转换器、控制逻辑电路、逐次逼近寄存器等组成，如图2一14所示。2.A/D转换器的技术指标

(1)分辨率:指A/D转换器能分辨的最小模拟输入量，通常用转换数字量的位数表示，如8位、10位、12位和16位等，位数越多，分辨率越高。下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作(2)车专换时间:A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是软件编程时必须考虑的参数。一般逐次逼近式A/D转换器转换时间的典型值为1.0~200μs。

(3)量程:指A/D转换器所能转换的输入电压范围，如0~10V,0~5V等。

(4)精度:指数字输出量对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。

3.8位A/D转换器ADC0809ADC0809是一种典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺;片内有8路模拟开关，可对8路模拟电压量实现分时转换。其内部逻辑结构如图2一16所示。下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作4.ADC0809接口电路

1)电路接线及地址分配如图2一12所示为单片机控制ADC0809进行A/D转换和显示的电路原理图，其接线及地址分配见表2一3所列。

2)74LS74芯片为带预置和清除端的双D触发器。利用该芯片对ALE信号进行四分频，得到500KHz的时钟信号，控制ADC0809芯片的CLOCK信号。其中，单片机在一个机器周期中稳定的输出2个ALE信号，AT89S52单片机的时钟频率为12MHz，机器周期频率为1MHz，则ALE频率为2MHz，四分频后为500KHz。

3)74LS02芯片为四组2输入端或非门芯片。在本任务电路中使用了其中的三组，在图2一12中标示出了74L502芯片的输入和输出引脚序号。下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作4)74LS377芯片为八D边沿触发器，当允许控制端为低电平“0”时，时钟端CLK在脉冲上升沿作用下，输出端Q与数据端D一致;当CLK为高电平或低电平时，D对Q没有影响。2.2.4单片机外部中断的应用1.单片机的外部中断1)外部中断源单片机的外部中断源，即外部中断0和外部中断1，分别由单片机的P3.2和P3.3引人外部电路的中断请求信号，一般设置为当P3.2(P3.3)引脚输入的信号为下降沿信号时，向CPU发出中断请求。

下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作2)有关外部中断的寄存器(1)定时器控制寄存器TCON:其格式如下

(2)中断允许寄存器IE;控制CPU对中断是开放还是屏蔽，以及控制每个中断源是否允许中断。IE格式如下:下一页返回上一页任务2.2简易电压表的设计制作3)C51语言中外部中断的使用当发生中断时，CPU