【正文】 51 的控制線RD 和 WR 通過與非門接 AD574 的 CE 端。AD574 的 12/8 接數(shù)字地。讀高 8 位結(jié)果時，要求 A0=0， R/C=1；讀低 4 位結(jié)果時，要求 A0=1， R/C=1。模擬量輸出通道的作用就是把計算機(jī)處理得出的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對被控對象的控制。此外，根據(jù)需要可能還要有零點和滿度調(diào)節(jié)部件。許多 DAC芯片的輸入端都有數(shù)據(jù)鎖存器，這時不需另加鎖存器。另一種方式是使用采樣保持器保持輸出量，各通道共享一個 D/A 轉(zhuǎn)換器，通過多路開關(guān)進(jìn)行切換。第一種方式如圖 12 所示。絕對精度可用 LSB 的個數(shù)或它與滿刻度值之比的百分?jǐn)?shù)（ %）來表示。 （ 4） 零碼誤差、滿刻度誤差的溫度系數(shù) 在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)，每變化 1℃ ，零碼誤差、滿刻度誤差的變化量用 μV/℃ 單片 機(jī) 輸出接口電路 鎖存器 1 D/A V/I D/A 鎖存器 1 V/I 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表示。 3. 選用 D/A 芯片 集成電路 D/A 轉(zhuǎn)換器是將精密電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、甚至包括基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器集成 在 同一芯片上，而且和 8 位或 16 位微處理器兼容，可直接接口，或只需少量外圍電路即可構(gòu)成完整的 D/A 轉(zhuǎn)換器。按字長區(qū)分，則有 1 按模擬開關(guān)工藝分類有雙極型、 JFET型和 MOS 型，它們的速度和精度不同；按結(jié)構(gòu)有帶或不帶數(shù)據(jù)鎖存器之分；按輸出形式有電壓型和電流型之分；等等。 DAC0832片內(nèi)含有輸入緩沖寄存器和 DAC 鎖存器兩個 8 位寄存器。 電流穩(wěn)定時間： 1μs。 可采用雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入三種工作方式。另外，還可以在多個 D/A 轉(zhuǎn)換器同時工作時，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 利用第二級鎖存信號實現(xiàn)多路 D/A 的同時輸出。 ILE：輸入鎖存器允許信號，高電平有效。以上三個控制信號構(gòu)成第一級輸入鎖存。 XFER 和 2WR 構(gòu)成第二級鎖存。 2WR ： DAC寄存器選通信號，低電平有效。 當(dāng) 1WR 為低電平時，用來將輸入數(shù)據(jù)傳送到輸入鎖存器，當(dāng) 1WR 為高電平時，輸入鎖存器中的數(shù)字被鎖存。無論哪種工作方式，只要數(shù)據(jù)進(jìn)入 DAC 寄存器便啟動 D/A 轉(zhuǎn)換。 DAC0832 有兩級鎖存器，第一級稱為輸入寄存器，第二級稱為 DAC 寄存器。 單電源供電： + 5V~ + 15V。因此，本設(shè)計選用美國半導(dǎo)體公司推出的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832。 DAC0832 是常用的 8位 COMS 電流輸出型乘法 D/A 轉(zhuǎn)換器，由于采用 COMS 電流開關(guān)和控制電路，所以功耗低，輸出漏電流小。 D/A 有多種分類方法，各有不同特點。一般是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到一定數(shù)值范圍內(nèi)（穩(wěn)定值 177。 （ 3） 相對精度 相對精度是指在零碼誤差和滿刻度誤差校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字代碼所對應(yīng)的實際模擬輸出值與理論值之間的最大偏差。它對模擬量的分辨能力 ?與數(shù)字量的位數(shù) n 呈 下列關(guān)系 ： n2模擬輸出的滿量程值?? (26) 在實際使用中，表示分辨率的高低更常用的方法是直接輸入數(shù)字量的位數(shù)表示，如8位、 12 位等。優(yōu)點是節(jié)約了芯片。一種方式是采用數(shù)據(jù)鎖存器保持輸出量，每個輸出通道都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)鎖存器湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 （一般含在 DA 芯片內(nèi)）及 D/A轉(zhuǎn)換器。 1. D/A 通道的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)周期地輸出控制數(shù)據(jù)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在下次數(shù)據(jù)輸出以前，必須將前一次輸出的數(shù)據(jù)保持。輸出接口電路 、 DAC是模擬量輸出通道的基本部件。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 +5V1R E F IN10ls b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P L R o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m s b 1127R E F o u t8S T A T U S28CE6CS3+ V s7A 0 /S C4R /C5V s111 2/ 82A D 5 74 AA1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y777 4L S 1 38D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE117 4L S 3 73+ 15 V1 5 VVccViP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07+ 5VRDWRP 10123A7 4L S 0 012A7 4L S 0 434B7 4L S 0 4 圖 11 AD574 與單片機(jī)的接口 數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路 D/A 轉(zhuǎn)換部分也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個重要部分，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為關(guān)鍵器件，用來把單片機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號，并送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制或調(diào)解。故可確定啟動轉(zhuǎn)換時的端口地址為 0F9H。 AT89S51 的 74LS373 接 AD574 的 R/C 端來控制 AD574的轉(zhuǎn)換狀態(tài)和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。均為 100 歐姆電位器，用來調(diào)整零位和滿量程。 （ 4） AD574 與單片機(jī)的接口電路 AD574 的內(nèi)部具有三態(tài)輸出緩沖器，因此可以與單片機(jī)直接接口 [7]。 +5V1R E F IN10ls b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P L R o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m s b 1127R E F o u t8S T A T U S28CE6CS3+ V s7A 0 /S C4R /C5V s111 2/ 82A D 5 74 A+ 15 V1 5 VV cc+ 5V0 .1 K0 .1 K 圖 10 AD574 的工作方式 雙極性模擬輸入有兩種量 程： 5V～ +5V 量程從 13 引腳輸入； 10V～ +10V 量程從引腳 14 輸入。 VEE：模擬電路負(fù)工作電源： ～ 。 BIP OFF：雙極性偏移調(diào)節(jié)端。 20VIN： 20V量程 輸入端。 以上 5 種信號的電平狀態(tài)與芯片的操作對應(yīng)關(guān)系如表 6 所示。 A0引腳有兩個作用，一是選擇字節(jié)長度，二是與 8 位微機(jī)接口時用作選擇讀出字節(jié)。 12/ 8 與 A0配合，使 12 位數(shù)據(jù)分兩次讀出， A0=0 時，讀取高 8 位， A0=1 時，讀取低 4 位（數(shù)據(jù)低半字節(jié)附加零）。 R/C =0 時，啟動轉(zhuǎn)換； R/C =1 時，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 CE=1 時，允許； CE=0 時，禁止。模擬部分由高性能的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和參考電壓組成。12V)和 +5V； AD574 具有轉(zhuǎn)換時間快，與單片機(jī)接口方便可直接采用雙極性模擬信號輸入等優(yōu)點。片內(nèi)具有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器、電壓基準(zhǔn)和時鐘電路。LSB/2 % 微分線性 度 溫漂誤差 [（ 2～ 5） 106/℃ ] 25℃ ～ % 偏移溫漂誤差 5106/℃ 25℃ % 增益溫漂誤差 [（ 10～ 20） 106/℃ ] 25℃ %～ % 電源電壓誤差 1% % 模 擬 多 路 開 關(guān) 模數(shù) 轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 控 制 邏 輯 模 擬 輸 入 信 號 放大器 采樣 保持 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 長周期變化 一般估計 % 總誤差（最壞情況） ～ % 總靜態(tài)誤差（均方根值） ～ % 2. 逐次逼近型 12 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)化數(shù)字信號。因此，要對各項誤差做出估算。多通道共享采樣 /保持器與 A/D 轉(zhuǎn)換器 的 典型電路原理圖 如 圖 7所示。 帶采樣 /保持器的 A/D 轉(zhuǎn)換通道 分為： 多路模擬通道共享采樣 /保持器 的通道、 多通道共享 A/D湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 轉(zhuǎn)換器 的通道、 多通道并行 A/D 轉(zhuǎn)換 的通道。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入通道方案多種多樣，應(yīng)該根據(jù)被測對象的具體情況確定 [6]。%)時，為了減小饋送的影響和減 緩保持電壓的下降，應(yīng)取 CH=1000PF。所以 AD582 外接較小的電容可獲得較高的采樣速率。這意味著帶采樣 /保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須在速率至少為兩倍的信號頻率下采樣、轉(zhuǎn)換，并采集下一個點。 由于 AD582 的孔徑時間 tAP=50ns、捕捉時間 tAC=6μs， 12 位的 AD574 的轉(zhuǎn)換時間tCONV=25μs， 則可以計算出系統(tǒng)可采集的最高信號頻率如式 24 所示 。 （ 5） 具有相互隔開的模擬地、數(shù)字地，從而提高了抗干擾能力。該值是保持電容器充電電流與保持模式時電容漏電流之間的比值，是保證采樣 /保持器質(zhì)量的標(biāo)志。 + IN1NC2N U LL3N U LL4U s5CH6NC7 O U TP U T 8IN 9+ U s 10L 11L+ 12NC 13NC 14 圖 5 AD582 管腳 圖 由于 AD582 的以下特征，本設(shè)計所以選擇 AD582 采樣保持器。 本設(shè)計 選用 AD582。對于 10V 滿量程輸入，誤差為 750μV/10V % 非線性誤差 一般額定值 % 降落誤差 與保持電容質(zhì)量關(guān)系很大，降落率 dU/dt約為 ～ 100μV/μs。 一般 工作溫度范圍為 0℃ ~+50℃ ，并已在 25℃ 時調(diào)整偏移誤差和增益誤差至零，則可對單片集成采樣 /保持器 做 出如表 3 所示的誤差和性能估算 。在選擇時，一般優(yōu)先考慮 單 片集成產(chǎn)品，因為它具有中等性能而價格較低。UO UC CH 模擬輸入信號 驅(qū) 動信號 UI S A 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 此外，減小 ID可減少這種變化。 （ 2）捕捉時間 tAC 采 樣 /保持 電路的控制信號 UC 由 “保持 ”電平轉(zhuǎn)為 “采樣 ”電平之后，其輸出電壓 Uo將從原保持值過渡到跟隨輸入信號 UI值，這段過渡時間稱為捕捉時間 tAC。一旦發(fā)出保持命令，采 樣 /保持 電路將保持采樣命令撤消時刻的采樣值，直到保持命令撤消并再次接到采樣命令為止。當(dāng)控制信號 UC 為采樣電平 時，開關(guān) S 導(dǎo)通，模擬信號通過開關(guān) S 向保持電容 CH充電，這時輸出電壓 Uo 跟蹤輸入電壓 UI的變化。因此，要求輸入同一瞬時 的 模擬量在整個模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中保湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 持不變，但在轉(zhuǎn)換之后，又要求 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出端能跟蹤輸入模擬量的變化。表 2 所示為 RG選擇不同的阻值，對應(yīng)的增益值。選擇 RS=100 千 歐姆 177。 AD521 放大器的典型外部接線圖 如圖 3 所示 。 作為一個精密的儀用放大器， AD521 僅有兩只增益調(diào)整電阻 RG 和 RS，通過調(diào)整RG和 RS的阻值，可使放大器在 ～ 1000 增益值范圍內(nèi)取得任意 值，電阻 RG和 RS之比率的調(diào)整不會影響 AD521 的高 CMR（達(dá) 120dB），或高輸入阻抗（ 3109 歐姆 ）。 AD521 放大器的簡化原理如圖 2 所示 。s 定時中斷 ，具體程序如附錄 1 所示。s 切換一次通道，采集一個數(shù)據(jù)。 （ 2） 準(zhǔn)確定時 實際應(yīng)用中，需要對多路信號進(jìn)行 連續(xù) 采樣，并且每次采樣的間隔也有嚴(yán)格的要求。若此時采集多路開關(guān)輸出信號，就可能引入很大的誤差。 （ 2） CD4051 原理 在用作 8 選 1 模擬 多路開關(guān)時， CD4051 有 8 個數(shù)據(jù)輸入端，在 3 個選擇輸入 端 A、B、 C 的控制下，從 8 個模擬開關(guān)中選擇 1 個模擬開關(guān)使之導(dǎo)通，將相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)通過導(dǎo)通的模擬開關(guān)送到公共輸出端。 S0～ S7： 8 個通道的輸入輸出通道。當(dāng) CBA=000B～ 111B