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《单片机应用技术》课件第6章.pptx

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项目6简易信号发生器设计

6.1项目要求

6.2理论知识

6.3项目分析及实施

6.4项目拓展

6.5项目总结

习题

6.1项目要求

在计算机应用领域,尤其是在实时控制系统中,经常需要将计算机计算结果的数字量转换为连续变化的模拟量,用来控制、调节一些电路,实现对被控对象的控制。能够实现数字量转为模拟量的器件通常称作数/模(D/A)转换器。

本项目通过信号发生器设计,介绍D/A转换器在单片机控制系统中的应用,项目要求以STC89C52单片机为核心,

设计一个简易信号发生器,此信号发生器可以输出正弦波、三角波、方波、锯齿波。

项目重难点:

(1)D/A转换器的相关技术指标;

(2)D/A转换器与51单片机的接口电路设计;

(3)51单片机控制D/A转换器程序设计。技能培养:

(1)熟练掌握单片机与常见D/A转换器的接口电路设计方法;

(2)熟练掌握常见D/A转换程序设计方法;

(3)能够分析和解决D/A转换中遇到的问题。

6.2理论知识

6.2.1D/A转换器的基本原理

1.D/A转换器的分类

D/A转换器按工作方式可分为并行D/A转换器、串行D/A转换器和间接D/A转换器等。在并行D/A转换器中,又分为权电阻D/A转换器和R-2RT型D/A转换器。

D/A转换器按模拟量输出方式可分为电流输出D/A转换器和电压输出D/A转换器。

D/A转换器按D/A转换的分辩率可分为低分辩率D/A转换器、中分辩率D/A转换器和高分辩率D/A转换器。

D/A转换器按模拟电子开关电路的不同可分为CMOS开

关型D/A转换器(速度要求不高)、双极型开关D/A转换器、

电流开关型(速度要求较高)和ECL电流开关型(转换速度更高)。

2.D/A转换器的组成

D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压等几部分组成。

以R-2RT型D/A转换器为例,其由基准电压VREF、T型(R-2R)电阻网络、位切换开关和运算放大器组成。

3.D/A转换器的工作原理

数字量是用代码按数位组合起来表示的,对于有权码,

每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量,必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量,然后将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现了数字—模拟转换。这就是D/A转换器的基本指导思想。

数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中,数字寄存器输出的各位数码,分别控制对应位的模拟电子开关,使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值,再由求和电路将各种权值相加,即得到数字量对应的模拟量。

我们以R-2RT型D/A转换器为例简要介绍D/A转换器的

工作原理。如图6-1所示为R-2RT型D/A转换器原理电路。

图6-1R-2RT型D/A转换器原理电路

图6-1所示的电路是一个3位二进制数的D/A转换电路,

每位二进制数控制一个开关S。当第i位的数码为“0”时,开关S;打在左边;当第i位的数码为“1”时,开关S;打在右边。当S₀接通时,由图可知:

I=I=I₀

I=I!+I=2I₀

由于B点对地电阻相当于两个2R的并联即等于R,所以:

I=I=I₁,I₂=2I

同理可以推出:

I=I2=I₂,I=2I₂

将上式推广到n位二进制数的转换,可得一般表达式:

则可以推出:

输出电压会因器件误差、集成运放的非理想特性而产生

一定的转换误差。

一般D/A转换器用如图6-2所示的框图表示。图中输入量与输出量的关系为

UouT=B×U

则输出电压为:

n位

D/A转换器

(B=bn-3…b₁b₀)

bn-1

bn-2—

:

b₁

b₀

图6-2D/A转换器框图

数据总线

→Uour

6.2.2D/A转换器的技术性能指标

1.分辩率

分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述,与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n,则D/A转换器的分辨率为1/2n。这就意味着数/模转换器能对满刻度的1/2n输入量作出反应。即:

分辨率=输出模拟量的满量程值/2n

2.精度

如果不考虑D/A的转换误差,D/A转换的精度为其分辨率的大小。因此,要获得一定精度的D/A转换结果,首要条件是选择有足够分辨率的D/A转换器。当然,D/A转换的精度不仅与D/A转换器本身有关,也与外电路以及电源有关。

3.转换速度

转换速度是DAC每秒可以转换的次数,其倒数为转换

时间。转换时间是指从输入数字量到转换为模拟量输出所需的时间。当D/

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