第八章 波形发生器

第八章波形发生器课程目标：了解D/A转换器的工作原理，掌握DAC0832转换器与89C2051单片机的接口电路，学会根据控制要求，选择D/A转换器，学会利用单片机、D/A转换器设计波形发生器。

课程重点与难点：D/A转换器与89C2051单片机的接口电路，波形发生器软件的设计。

教学学时：4学时。

8.1 波形发生器任务分析1．波形发生器实物图2．波形发生器硬件电路原理图3．波形发生器的控制状态状态1：控制系统通电或复位后，波形发生器不输出波形。

LED显示输出频率为0赫兹。

状态2：利用2个开关选择输出波形的种类，波形发生器输出一定频率的波形。

4．波形发生器控制系统所涉及的知识点（1）D/A转换器的概念、技术参数及选择。

（2）DAC0832转换器的功能、引脚及与单片机的接口电路。

（3）波形发生器的控制软件的设计。

8.2 D/A转换器及其接口电路8.2.1 D/A转换器的选择要点1．D/A转换器的主要特性（1）输入数据位数（2）接口电平（3）输出电压范围DAC的输出有电流输出和电压输出之分，对于电流输出的DAC，则需外加电流–电压转换器电路（运算放大器），这时电压的输出范围不仅与DAC的VREF有关，也与电流–电压转换器有关。

输出电压范围为0~5V、0~10V、±5V、±10V等。

（4）输出电压极性输出电压极性有单极性和双极性之分，如0~5V、0~10V为单极性输出，而±5V、±10V为双极性输出。

2．D/A转换器的主要性能指标（1）分辨率它表征D/A转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用数字量的数位表示，如8位、12位、16位等。

分辨率为8位的D/A 转换器，表示它可以对满量程的1/28＝1/256的增量作出反应。

（2）相对精度 在满刻度已校准的前提下，在整个刻度范围内，对应于任一数码的模拟量输出与它的理论值之差。

通常用偏差几个LSB 来表示和该偏差相对满刻度的百分比表示。

（3）转换时间 数字变化量是满刻度时，达到终值＋LSB/2时所需的时间，通常为几十纳秒至几微秒。

（4）线性误差 通常给出在一定温度下的最大非线性度，一般为0.01%~0.03%。

8.2.2 DAC 转换器及其接口1．DAC0832 DAC0832是8位分辨率的D/A 芯片。

（1）DAC0832内部结构如图8.1所示。

它主要由8位输入锁存器、8位DAC 寄存器、采用R －2R 电阻网络的8位D/A 转换器、相应的选通控制逻辑中部分组成。

DAC0832的分辨率为8位，电流输出，采用20脚双立直插式封装。

（2）引脚名称与功能如下：DI 7~DI 0：8位数字量输入线。

CS ：片选信号，低电平有效。

与ILE 配合，可对写信号1WR 是否有效起控制作用。

1WR ：写信号1，低电平有效。

当CS 、1WR 、ILE 都有效时，可将8位数字输入数据写入8位输入锁存器中。

ILE ：允许输入锁存信号，高电平有效。

输入锁存器的锁存信号1LE 由ILE 、CS 、1WR 的逻辑组合产生。

当ILE 为高电平，CS 为低电平、1WR 输入负脉冲时，由1LE 上产生正脉冲。

当1LE 为高电平时，输入锁存器的状态随数据输入线的状态变化，1LE 在负跳变将数据输入线上的信息锁存输入锁存器。

2WR ：写信号2，低电平有效。

当2WR 有效时，在XFER 传送控制信号作用下，可将锁存在输入锁存器的8公数据送到DAC 寄存器。

图8.1 DAC0832的内部结构XFER ：数据传送信号，低电平有效。

当2WR 、XFER 均有效时，则在2LE 产生正脉冲；2LE 为高电平时，DAC 寄存器的输出和输入的状态一致，2LE 的负跳变使输入锁存器的内容锁存在DAC 寄存器。

V REF ：基准电源输入端。

它与DAC 内的权电阻解码网络相接，V REF 可在±10V 范围内调节；R fb ：反馈电阻输入端。

反馈电阻在DAC0832芯片内部，可用作外部运放的分路反馈电阻。

I OUT1和I OUT2：模拟电流输出端，I OUT1＋I OUT2＝常数。

Vcc ：电源输入端。

AGND ：模拟信号地。

DGND ：数字信号地。

（3）DAC0832与单片机连接情况下有二种工作方式：单缓冲方式和双缓冲方式。

在单缓冲工作方式下，DAC0832的两个8位寄存器中仅有一个处于数据接收状态，另一个则受CPU 送来的控制信号控制，数据送来即可完成一次D/A 转换。

其连接方式如图8.2所示。

图8.2 DAC0832与89C2051单缓冲方式连接图【例8-1】利用图8.2电路产生方波波形，试编写程序。

程序框图如图8.3所示图8.3 例8.1例8.2程序款图流程图程序如下：#include <reg51.h>#include<intrins.h>sbit p3_5=P3^5;sbit p3_7=P3^7;unsigned int i;main( ){p3_5=0;P1=0x00;while(1){p3_7=0; //启动转换。

_nop_;_nop_;p3_7=1;for(i=0;i<100;i++); //调用延时子程序，调节方波周期P1=！P1;}}【例8-2】利用图8.2电路产生三角波形，试编写程序。

程序如下：#include <reg51.h>#include<intrins.h>sbit p3_5=P3^5;sbit p3_7=P3^7;unsigned int i;main( ){p3_5=0;P1=0x00;while(1){while(P1!=0xff){p3_7=0;_nop_;_nop_;p3_7=1;for(i=0;i<200;i++); //调用延时子程序，调节三角波斜率 P1= P1+1;}while(P1!=0x00){p3_7=0;_nop_;_nop_;p3_7=1;for(i=0;i<200;i++); //调用延时子程序，调节三角波斜率P1= P1-1;}}}DAC0832 也可以在双缓冲方式下工作。

对于多路D/A转换接口，要求同步进行D/A转换输出时，必须采用多缓冲同步方式接法。

具体如图8.4所示。

DAC0832在这种接法时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的，即CPU首先通过数据总线分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入寄存器中，然后CPU同时向所有的D/A 转换器发出控制信号，将锁存在输入锁存器上的数据输入到DAC寄存器上，实现同步转换输出。

【例8-3】利用图8.3电路，将两个数字量DATA1和DATA2同时转换成模拟量，试编制程序。

题意分析：在本例中，DAC0832（1）和DAC0832（2）的输入锁存器分别用P3..4和P3.5控制，而它们的DAC寄存器共同占用P3.7控制，具体程序如下：#include <reg51.h>#include<intrins.h>sbit p3_4=P3^4;sbit p3_5=P3^5;sbit p3_7=P3^7;unsigned int i;main( ){P1=0x01; //送DATA1到DAC0832（1）中.p3_4=0;_nop_;_nop_;p3_4=1;for(i=0;i<100;i++);P1=0x02; //送DATA1到DAC0832（2）中p3_5=0;_nop_;_nop_;p3_5=1;for(i=0;i<100;i++);p3_7=0; //同时进行D/A转换_nop_;_nop_;p3_7=1;}图8.4 DAC0832双缓冲方式连接图2．DAC1208。

（1）DAC1208是一个12位D/A转换器。

DAC1208的结构如图8.5所示。

DAC1208与DAC0832在结构很相似，也具有双缓冲器，只是它是12位的D/A器件。

但对于输入的寄存器而言，它不是由一个12位的寄存器组成，而是由一个8位的寄存器和一个4位的寄存器共同组成，这样做的目的便与8位的CPU相连接。

DAC1208的分辨率为12位，电流输出，采用24脚双立直插式封装。

图8.5 DAC1208的内部结构（2）DAC1208在引脚名称与功能方面与DAC0832的区别是：DI 11~DI 0：12位数字量输入线； BYTE1/2BYTE ：字节控制信号。

当BYTE1/2BYTE ＝1时，8位和4位的输入锁存器都选中；当BYTE1/2BYTE ＝0时，仅低4位的输入锁存器选中。

（3）DAC1208与单片机的连接方式如图8.6所示。

图8.6 DAC1208与89C2051连接图从图8.5中看出，DAC1208是以双缓冲方式工作，单片机按照先送高8位再送低4位原则，分二次将12位数字量送到输入锁存器，然后再使XFER 有效，使12位DAC 寄存器同时从输入锁存器接收数字量，进行D/A 转换，这样的工作方式下，输出电压不会产生“毛刺”，如果DAC1208工作在单缓冲方式下，输出电压由于分二次转换会产生电压突变造成“毛刺”现象。