基于单片机的数模转换设计

3.1.6、输出电路 3.1.7、总电路 ................................. - 16 3.2、程序流程图 ............................... - 17 3.2.2、液晶显示子程序流程图 ................... - 18 3.2.3、输出电路程序流程图 ..................... - 19 4、 测试方案与测试结果 ........................ - 20 4.1、测试方案 .................................... - 20 4.2、测试结果与测试分析 .......................... - 20 附录 ................................................ - 21 附录 1：电路原理图................................ - 21 附录 2：源程序 ................................... - 21 -
di
U REF 2n1 R
2i
运算放大器总的输入电流为
I In1 In2 I2 I1 I0
n-1 i0
Ii
n-1
di
i0
U REF 2n-1-i R
U REF 2n-1 R
n-1
di 2i
i0
虚断 运算放大器输出电压为
uO
U REF 2n
n1
di 2i
i0
U REF 2n
Dn
令 RF=R/2 ，则
2.2.1 权电阻网络 DAC 的原理分析
UREF
(MSB)
dn-1
dn-2
wenku.baidu.com
(LSB)
d2
d1
d0
Sn-1
Sn-2
In-1
In-2
…
20R
21R
S2
S1
S0
I2
I1
I0
RF (R/2)
2n-3R 2n-2R 2n-1R
－
u0
I
A +
集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，并将电流转换为 电压输出。
3.1.7、总电路
3.2、程序流程图
开始 系统初始 按键按下
单片机检测按键
显示电压值
启动 D/A 转换 电压放大输出
结束
图 程序流程图
3.2.2、液晶显示子程序流程图
开始 初始化 LCD 显示内容写入缓存 LCD 控制器启动
延时 置 DISP 为高电平 液晶屏正常显示 置 DISP 为低电平
延时 LCD 控制器关闭 液晶屏无显示
2 理论分析与计算 ..................................... - 8 2.1、D/A 转换器的主要技术指标......................... - 8 -
1．分辨率 ......................................... - 8 2．转换精度 ....................................... - 8 3． 输出电压（或电流）的建立时间（转换速度） ...... - 8 4. 温度系数 2.2 数模转换器 2.2.1 权电阻网络 DAC 的原理分析..................... - 9 3、 电路与程序设计 .................................. - 11 -
3、电路与程序设计 3.1.1、总体框图设计
系统总体框图如图所示
显示模块
C
P
U 模
驱动模块
块
控制模块 输出模块
3.1.2、显示电路
LED 显示屏与传统的 CRT 相比，LED 不但体积小，厚度薄，耗能少（1 到 10 微瓦、平方厘米），工作电压低（1.5 到 6v）能与集成电路直接
连用。并且在与集成电路焊接是比数码管接线简单。容易操作。
3.1.1、总体框图设计 ........................... - 11 3.1.2、显示电路 ............................... - 11 3.1.3、权电路 ................................. - 12 3.1.4、按键电路 ............................... - 13 3.1.5、驱动电路 ............................... - 14 -
从输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定值相差± 0.5LSB 范围内所需要的时间，称为建立时间 tset。目前单片集成 D/A 转换器（不包括运算放大器）的建立时间最短达到 0.1 微秒以内。
4．温度系数 在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。
一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃，输出电压变化的百分数作 为温度系数。 2.2 数模转换器
1.1.2、显示器件选择与论证
方案一：数码管。数码管显示能在低电压、小电流条件下驱动 发光，能与 CMOS、ITL 电路兼容。发光响应时间极短(<0．1μs)，高 频特性好，单色性好，亮度高。体积小，重量轻，抗冲击性能好。寿 命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。但显示功 能有限，只能显示数字和个别字母。
3.1.3、权电路 1、权电阻网络 D/A 转换器电路
权电阻网络 D/A 转换器电路如下图所示，它由理想运算放大器、 电阻网络、电子模拟开关等组成。当 di=1 时（i=0,1,2,3），电子模 拟开关接 VREF， 当 di=0 时，电子模拟开关接地。
3.1.4、按键电路
此电路实现四种不同功能的转换。按键一实现平板旋转 360°功 能，按键二实现一枚硬币平衡摆动的功能，按键三实现八枚硬币平衡 摆动的功能，按键四实现始终指向一点的功能。电路图如图。
图 液晶显示流程图 图所示的程序用来显示为调节电压。
3.2.3、输出电路程序流程图
判断？
单片机输出的数 据
DAC 输出
频率增加
判外部中断 2
N
Y
退出波形输出 等待按键命令
判外部中断
图 LM324 工作流程图
4、测试方案与测试结果
4.1、测试方案 基本要求：此次试验是通过软件程序和硬件搭建电路实现。通过按键 电路对显示电路数字显示分别输入 0V，1V,2V,3V,4V.此时，通过转 换电路后读出电压表的显示示数。观察计算误差。 4.2、测试结果与测试分析 测量结果:
由于我们功能比较少，矩形键盘占用电路板位置较大，因此选择 方案一。
1.1.4 排阻形式选择与论证
方案一：多个单个电阻。个数多，接线困难，误差大。且浪费 资金。
方案二：排阻。数量少，接线容易，价格便宜。 由于本次试验本身对接线要求就高，所以采用方案二。
1.1.5、材料选择与论证 方案一 ：塑料板。塑料板质量轻，不易碎，但是也不好加工，
方案二：C8051F060单片机。C8051F060芯片是由Cygnal公司生产 的，集成有高速、流水线结构的CIP-51内核，具有内置RAM，2个16 位1Msps的ADC，芯片自身带有CAN总线控制器、59个I/O口。它是高度 集成的芯片，减少了外围器件，进而降低了系统硬件设计的复杂性。
基于对功能齐全性的考虑，和本次设计的要求我们运用方案一。
且不环保。 方案二 ：木板。木板质量比塑料板重，但比玻璃板轻，易于加
工，可塑性强。 由于本次试验对材料的可塑性要求较高，因此采用方案二。
1.2 所选器件的分析
1.2.1 STEC89C51 引脚图如下：
1.2.2 LED 显示屏 1.2.3 LM324
2 理论分析与计算 2.1、D/A 转换器的主要技术指标 1．分辨率 分辨率用于表征 D/A 转换器对输入微小量变化的敏感程度。 ①D/A 转换器模拟输出电压可能被分离的等级数－－可用输入数字量 的位数 n 表示 D/A 转换器的分辨率； ②可用 D/A 转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨 率。 2．转换精度 D/A 转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即 最大静态转换误差。 3．输出电压（或电流）的建立时间（转换速度）
uO
RF I
RF
U REF 2n1 R
n1
di 2i
i0
即：输出的模拟电压 uO 正比于输入的数字量 Dn，从而实现了从数字
量到模拟量的转换。 当 Dn=Dn-1…D0=0 时，uO=0； 当 Dn=Dn-1…D0=11…1 时，
因而 uO 的变化范围是
0
~
2n 2n
1 U REF
权电阻网络 D/A 转换器的特点 ①优点：结构简单，电阻元件数较少； ②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂。
目录
1、系统方案 .......................................... - 3 1.1、方案比较与选择 ............................... - 3 1.1.1、单片机选择与论证 ........................ - 3 1.1.2、显示器件选择与论证 ...................... - 3 1.1.3、键盘形式选择与论证 ...................... - 4 1.1.4 排阻形式选择与论证........................ - 4 -
1、系统方案
1.1、方案比较与选择
1.1.1、单片机选择与论证
方案一：AT89C51单片机。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电 压，高性能CMOS８位单片机，片内含4k字节的可反复擦写1000次的只 读程序存储器（PEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）， 片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。
图 按键电路
3.1.5、驱动电路
本次的电路主要是有程序通过 AT89C51 驱动的。显示电路是由 P0 口 和 P2.0 ;P2.1;P2.2 口驱动的。权电路是由 P1 口来驱动的。输出电 路是由单片机通过权电路驱动。
3.1.6、输出电路 电路经过输入的数字电路通过单片机的程序，输出通过权电路，然后 2R½等比分流，再通过 LM324 输入给电压表。
在允许的误差范围内，观察电压表的示数。如果误差超过了 允许的范围，我们先对硬件电路进行排查分析，进行对电路的数据分 析，最后到软件程序的分析。
附录
附录 1：电路原理图
附录 2：源程序 #include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int
基于对显示器功能的稳定性和齐全性考虑，我们采用方案二。
1.1.3、键盘形式选择与论证
方案一：独立式按键。独立按键的输入线较多，结构复杂，一般 适用于按键较少，操作速度较高的场合。
方案二：行列式键盘。行列式键盘由行和列线交叉组成，一般适 用于按键较多的场合。使用 2×2 矩形键盘，这样键盘模块仅使用 8 根线与处理器相连，节省了系统资源。
开关 Si 的位置受数据锁存器输出的数码 di 控制：当 di=1 时， Si 将对应的权电阻接到参考电压 UREF 上；当 di=0 时，Si 将对应的 权电阻接地。
虚短
di
1时 ，I i
U REF 2n1i R
U REF 2n1 R
2
i
di 0时，Ii 0
Ii
di
U REF 2n1i R
sbit lcdrs=P2^0; sbit lcdwr=P2^1; sbit lcden=P2^2; sbit S1=P2^4; sbit S2=P2^5; sbit S3=P2^6; sbit S4=P2^7;
uchar code PresetDat[]={"SHU RU :0.00 V"}; uchar code CurrentDat[]={"Made By Jbms:0.00 V"}; uchar count,S1num,V_point,V_ge,V_shi,I_point,I_ge,I_shi; uchar S1_OK=0,Confirm=0,DA,VCC,Power;
方案二：液晶显示器。液晶显示器每一个点在收到信号后就一 直保持那种色彩和亮度，恒定发光，显示质量高。其接口都是数字式
的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。功耗主要消 耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要少得多。
方案三：阴极射线管显示器。此种显示器图像色彩丰富，还原 性好，有丰富的几何失真调整能力。但不能长期暴露在磁场下，会磁 化或损坏，不能让强光直射，会降低发光效率，不能在高温下使用， 工作性能和使用寿命会大打折扣。