4简易函数信号发生器的设计PPT课件
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物理与电子电气工程学17 院
DAC0832内部结构电路 物理与电子电气工程学18 院
2．电压输出方法
采用运算放大器。
输出电压VOUT=
D 2
IN 8
×（-VREF）
硬件电路
物理与电子电气工程学19 院
3．单缓冲方式接口
硬件电路
内部数据寄存器有一个处于直通方式，另一个处于受单 片机控制。
物理与电子电气工程学12 院
1.2.1 D/A转换器的性能指标
（1）分辨率：D/A转换器能分辨的最小输出模 拟增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之 差。可用最低位（LSB）表示。如，n位D/A转 换器的分辨率为1/2n。 （2）精度：D/A转换器的实际输出与理论值之 间的误差，以满量程VFS的百分数或最低有效位 （LSB）的分数形式表示。
物理与电子电气工程学8 院
2．输出通道 输出通道（后向通道）：
单片机与被控对象之间的信号通道。组成：功率驱动、 D/A转换、干扰的抑制等。 设计：
（1）通道结构： （2）输出信号与传送（模拟信号与数字信号，I/O口与数 据总线； （3）驱动控制（小信号输出，大功率控制）； （4）抗干扰（电磁、机械干扰）。
应用领域：传感器已经成为现代信息技术系统三大支柱之一，广 泛应用于工业、农业、航空航天、军事国防等领域。
物理与电子电气工程学5 院
1.1.2 单片机应用系统的输入/输出通道
过程I/O通道的一般结构
物理与电子电气工程学6 院
1．输入通道
输入通道（前向通道）： 被测对象与单片机之间的信号通道。组成：传感器或敏感元件、
物理与电子电气工程学16 院
DAC0830系列均为DIP20封装，管脚兼容 。 DCS0—D7：8位数字量输入端
： 片选端，低有效 IWLRE 1： W数R据2锁存允许 XFER， ：写控制信号1，2
：数据传送控制信号 Iout1， Iout2 ：电流输出端1，2 RFB ： 内置反馈电阻端 VREF : 参考电压源（-10 V～+10 V） DGND，AGND ：数字地、模拟地： Vcc： +5 ～ +15V电源供电端
物理与电子电气工程学15 院
1.2.3 D/A转换器的接口电路
1．DAC0832 （1）DAC0832的特点
美国国家半导体公司（ National Semiconductor，NS ）公司生产，DAC0830系列。
① 8位并行D/A转换； ② 二级数据锁存； ③三种工作方式：直通、单缓冲、双缓冲； ④ 电流输出型芯片； ⑤ CMOS工艺， DIP20封装，单电源（+5 V～+15 V ，典型值+5 V）供电； ⑥ 参考电压为-10～+10V ⑦ 与MCS-51连接方便。
物理与电子电气工程学9 院
单片机应用系统输出通道结构 物理与电子电气工程学10 院
3．信号处理电路 功能：信号放大/变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度 补偿、误差修正和量程切换等。 注意：信号处理可由硬件实现，有些也可由软件实现。 （1）开关量输入：电平匹配、电气隔离、互感器。 （2）小信号放大技术：测量放大器、可编程增益放大器、 带有放大器的小信号双线发送器。 （3）隔离放大技术：隔离放大器（变压器耦合隔离放大器 和光耦合隔离放大器）
物理与电子电气工程学11 院
1.2 D/A转换器及接口技术
D/A转换器（Digit to Analog Converter） 将数字量转换成模拟量的器件称为D/A转换器，通
常用DAC表示。 D/A转换接口器设计中主要考虑的问题
芯片的选择、精度、转换时间、与CPU的接口方 式、数字量的码输入、输出模拟量的类型与范围、功耗 等。
简易函数信号发生器的设计
----可控增益宽带放大器设计（单片机部分）
物理与电子电气工程学1 院
1. MCS-51单片机的输入/输出接口
主要内容：输入/输出通道的组成与配置; 设计的基本原理和方法； D/A转换器性能; 接口电路与程序设计。
物理与电子电气工程学2 院
1.1 输入/输出通道概述 1.2 D/A转换器及接口技术
通道结构、信号调节、A/D转换、电源的配置、干扰的抑制等。 设计：（1）靠近对象采集信息；
（2）输入通道的结构——被测对象的环境、输入信号的类型、 数量、大小，传感器、变送器的性能。
（3）模拟、数字等混杂电路； （4）放大电路； （5）抗干扰。
物理与电子电气工程学7 院
单 片 机 应 用 系 统 输 入 通 道 结 构
物理与电子电气工程学13 院
1.2.1 D/A转换器的性能指标
（3）线性误差：D/A的实际转换特性与理想的转换特性之 间的偏差。即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之 差）与一个LSB所对应的模拟值之差。常以LSB的分数形 式表示。 （4）转换时间TS（建立时间）：从D/A转换器输入的数字 量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需 要的时间。 （5）偏移量误差：输入数字量为零时，输出模拟量对零 的偏移值。
物理与电子电气工程学3 院
1.1 输入/输出通道概述
过程I/O通道：单片机系统和被控对象之间信息的交互通道。包括输入通 道、输出通道。
1.1.1 传感器
传感器：将各种输入变量转换成可供测量信号的器件。 分类：（1）按用途：压敏、力敏、位置、液面、能耗、速度、热敏、加 速度、射线辐射、振动、湿敏、磁敏、气敏、真空度和生物传感器等。
物理与电子电气工程学14 院
1.2.2 D/A转换器的分类
按输出信号分类：电压输出型和电流输出型。 按是否含有锁存器分类：内部无锁存器和内部有锁存器。 按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。 按输入数字量方式分类：并行D/A和串行D/A。 按转换时间（TS）分类：
高速D/A（＜100ns）、高速D/A（100ns～ 10μs） 中速D/A（10μs～100μs）、低速D/A（＞100μs）
（2）按输出信号：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等。
物理与电子电气工程学4 院
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发展方向： （1）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器； （2）信号处理中的信息融合技术； （3）新型材料，及无源化发展； （4）新的加工技术； （5）集成化、微型化、微功耗及无源化； （6）高可靠性、宽温度范围。
DAC0832内部结构电路 物理与电子电气工程学18 院
2．电压输出方法
采用运算放大器。
输出电压VOUT=
D 2
IN 8
×（-VREF）
硬件电路
物理与电子电气工程学19 院
3．单缓冲方式接口
硬件电路
内部数据寄存器有一个处于直通方式，另一个处于受单 片机控制。
物理与电子电气工程学12 院
1.2.1 D/A转换器的性能指标
（1）分辨率：D/A转换器能分辨的最小输出模 拟增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之 差。可用最低位（LSB）表示。如，n位D/A转 换器的分辨率为1/2n。 （2）精度：D/A转换器的实际输出与理论值之 间的误差，以满量程VFS的百分数或最低有效位 （LSB）的分数形式表示。
物理与电子电气工程学8 院
2．输出通道 输出通道（后向通道）：
单片机与被控对象之间的信号通道。组成：功率驱动、 D/A转换、干扰的抑制等。 设计：
（1）通道结构： （2）输出信号与传送（模拟信号与数字信号，I/O口与数 据总线； （3）驱动控制（小信号输出，大功率控制）； （4）抗干扰（电磁、机械干扰）。
应用领域：传感器已经成为现代信息技术系统三大支柱之一，广 泛应用于工业、农业、航空航天、军事国防等领域。
物理与电子电气工程学5 院
1.1.2 单片机应用系统的输入/输出通道
过程I/O通道的一般结构
物理与电子电气工程学6 院
1．输入通道
输入通道（前向通道）： 被测对象与单片机之间的信号通道。组成：传感器或敏感元件、
物理与电子电气工程学16 院
DAC0830系列均为DIP20封装，管脚兼容 。 DCS0—D7：8位数字量输入端
： 片选端，低有效 IWLRE 1： W数R据2锁存允许 XFER， ：写控制信号1，2
：数据传送控制信号 Iout1， Iout2 ：电流输出端1，2 RFB ： 内置反馈电阻端 VREF : 参考电压源（-10 V～+10 V） DGND，AGND ：数字地、模拟地： Vcc： +5 ～ +15V电源供电端
物理与电子电气工程学15 院
1.2.3 D/A转换器的接口电路
1．DAC0832 （1）DAC0832的特点
美国国家半导体公司（ National Semiconductor，NS ）公司生产，DAC0830系列。
① 8位并行D/A转换； ② 二级数据锁存； ③三种工作方式：直通、单缓冲、双缓冲； ④ 电流输出型芯片； ⑤ CMOS工艺， DIP20封装，单电源（+5 V～+15 V ，典型值+5 V）供电； ⑥ 参考电压为-10～+10V ⑦ 与MCS-51连接方便。
物理与电子电气工程学9 院
单片机应用系统输出通道结构 物理与电子电气工程学10 院
3．信号处理电路 功能：信号放大/变换，滤波、零点校正、线性化处理、温度 补偿、误差修正和量程切换等。 注意：信号处理可由硬件实现，有些也可由软件实现。 （1）开关量输入：电平匹配、电气隔离、互感器。 （2）小信号放大技术：测量放大器、可编程增益放大器、 带有放大器的小信号双线发送器。 （3）隔离放大技术：隔离放大器（变压器耦合隔离放大器 和光耦合隔离放大器）
物理与电子电气工程学11 院
1.2 D/A转换器及接口技术
D/A转换器（Digit to Analog Converter） 将数字量转换成模拟量的器件称为D/A转换器，通
常用DAC表示。 D/A转换接口器设计中主要考虑的问题
芯片的选择、精度、转换时间、与CPU的接口方 式、数字量的码输入、输出模拟量的类型与范围、功耗 等。
简易函数信号发生器的设计
----可控增益宽带放大器设计（单片机部分）
物理与电子电气工程学1 院
1. MCS-51单片机的输入/输出接口
主要内容：输入/输出通道的组成与配置; 设计的基本原理和方法； D/A转换器性能; 接口电路与程序设计。
物理与电子电气工程学2 院
1.1 输入/输出通道概述 1.2 D/A转换器及接口技术
通道结构、信号调节、A/D转换、电源的配置、干扰的抑制等。 设计：（1）靠近对象采集信息；
（2）输入通道的结构——被测对象的环境、输入信号的类型、 数量、大小，传感器、变送器的性能。
（3）模拟、数字等混杂电路； （4）放大电路； （5）抗干扰。
物理与电子电气工程学7 院
单 片 机 应 用 系 统 输 入 通 道 结 构
物理与电子电气工程学13 院
1.2.1 D/A转换器的性能指标
（3）线性误差：D/A的实际转换特性与理想的转换特性之 间的偏差。即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之 差）与一个LSB所对应的模拟值之差。常以LSB的分数形 式表示。 （4）转换时间TS（建立时间）：从D/A转换器输入的数字 量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需 要的时间。 （5）偏移量误差：输入数字量为零时，输出模拟量对零 的偏移值。
物理与电子电气工程学3 院
1.1 输入/输出通道概述
过程I/O通道：单片机系统和被控对象之间信息的交互通道。包括输入通 道、输出通道。
1.1.1 传感器
传感器：将各种输入变量转换成可供测量信号的器件。 分类：（1）按用途：压敏、力敏、位置、液面、能耗、速度、热敏、加 速度、射线辐射、振动、湿敏、磁敏、气敏、真空度和生物传感器等。
物理与电子电气工程学14 院
1.2.2 D/A转换器的分类
按输出信号分类：电压输出型和电流输出型。 按是否含有锁存器分类：内部无锁存器和内部有锁存器。 按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。 按输入数字量方式分类：并行D/A和串行D/A。 按转换时间（TS）分类：
高速D/A（＜100ns）、高速D/A（100ns～ 10μs） 中速D/A（10μs～100μs）、低速D/A（＞100μs）
（2）按输出信号：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等。
物理与电子电气工程学4 院
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发展方向： （1）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器； （2）信号处理中的信息融合技术； （3）新型材料，及无源化发展； （4）新的加工技术； （5）集成化、微型化、微功耗及无源化； （6）高可靠性、宽温度范围。