【導(dǎo)讀】相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。的設(shè)計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及前置放大電路的。大器AD521硬件連接電路。主要參數(shù)以及采樣保持器的選擇和連接電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)中重點(diǎn)介紹了D/A通道的選擇，D/A轉(zhuǎn)換器的選擇。以及D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的介紹、連接電路和DAC0832的輸出方式。介紹了單片機(jī)的選擇，單片機(jī)AT89S51的時鐘電路和復(fù)位電路。包括編譯器的選擇，各部分的流程圖以及程序的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中還分析了系統(tǒng)的性能及。平有限等原因，沒有對所設(shè)計(jì)的整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及仿真，因而也就沒能做出實(shí)物出來；同時可能有很多問題還沒有發(fā)現(xiàn)，希望老師和同學(xué)給予指出。

　　

【正文】 低電平（接 0V） 0 允許高 8 位輸出 1 0 1 低電平（接 0V） 1 允許低 4 位輸出（后加 4 個 0） （ 3） AD574 的 單極性和雙極性工作方式 AD574 有單極性和雙極性兩種工作方式，后允許模擬輸入信號為雙極性信號。 單極性模擬輸入有兩種量程： 0～ 10V量程從 AD574 的 10VIN引腳 13 輸入； 0～ 20V湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 量程從 AD574 的 20VIN引腳 14 輸入。 電位器 W1接參考電壓輸出端 BIP OFF 端用作零位偏移調(diào)整，電位器 W2接參考電壓輸入端 REF IN 和雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BPLRof 端用作滿量程調(diào)整。 +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。本系統(tǒng)中的 AD574 采用雙極性工作方式，連接方法如圖 10 所示。雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BPLRof 通過電位器 W2接至參考電壓輸出端 REF OUT 以取得 10V 的偏移電壓，參考電壓輸入端 REF IN 通過電位器 W1接至參考電壓輸出端 REF OUT。 W1和 W2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]。 AD574 與單片機(jī)的接口電路如圖 11 所示 。該電路采用雙極性輸入方式，可對 5V～ +5v 或 10V～ +10V模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BIP OFF 接至參考電壓輸出端 REF OUT 以取得10V 的偏移電壓。均為 100 歐姆電位器，用來調(diào)整零位和滿量程。 AD574 的狀態(tài)信號STS 與 AT89S51 的 ，采用查詢判斷 A/D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 AT89S51 的控制線RD 和 WR 通過與非門接 AD574 的 CE 端。 AT89S51 的 74LS373 和非門接 AD574 的 A0。 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。 AD574 片選端 CS 端由譯碼器 74LS138 的譯碼信號來控制。AD574 的 12/8 接數(shù)字地。 設(shè) A/D 全 12 位轉(zhuǎn)換，要求啟動轉(zhuǎn)換時， A0=0，即 =0； R/C=0，即 =0。故可確定啟動轉(zhuǎn)換時的端口地址為 0F9H。因?yàn)?12/8 接地，所以 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩次讀出，高 8 位從 D11～ D4讀出，低 4 位從 D3～ D0讀出。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。兩次讀出結(jié)果的端口地址分別為 0FBH 和 0FAH。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 除了新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)外，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大都是用模擬電壓或電流作為傳輸信號的。模擬量輸出通道的作用就是把計(jì)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(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為數(shù) /模轉(zhuǎn)換器簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或 DAC。輸出接口電路 、 DAC是模擬量輸出通道的基本部件。由于實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的信號傳輸時采用的是電流信號，而 DAC通常輸出的是電壓故模擬量輸出通道一般具有電壓 /電流（ V/I）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) [8]。此外，根據(jù)需要可能還要有零點(diǎn)和滿度調(diào)節(jié)部件。因數(shù) /模轉(zhuǎn)換器是模擬輸出通道的核心，所以通常也把模擬量輸出通道稱為 D/A 通道。 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。單個的 D/A 通道由數(shù)據(jù)鎖存器保持?jǐn)?shù)據(jù)，通道由輸出接口電路數(shù)據(jù)鎖存器、D/A 轉(zhuǎn)換電路、 V/I 轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。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。對于多模擬量輸出通道，有兩種不同的輸出量保持方式，即有兩種不同的結(jié)構(gòu)。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(jì)（論文） 18 （一般含在 DA 芯片內(nèi)）及 D/A轉(zhuǎn)換器。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是速度快，精度高，工作可靠，不用多路開關(guān)。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。由于各路共用一個 D/A 轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度減慢，且輸出端靠保持電容模擬量信息，當(dāng)控制周期較長時，需要軟件刷新。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了芯片。 由于 D/A 通道的第一種方式的轉(zhuǎn)換速度快，精度高，工作可靠，不用多路開關(guān)又節(jié)約了芯片降低了系統(tǒng)的造價，所以本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用 D/A 通道的第一種方式。第一種方式如圖 12 所示。 圖 12 具有獨(dú)立 DAC 的多路模擬量輸出通道 2. D/A 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) （ 1）分辨率 當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位變化數(shù)碼變化時，即 LSB 位產(chǎn)生一次變化時，所對應(yīng)輸出的是模擬量相對于滿量程的變化量 ， 對于線性 D/A 轉(zhuǎn)換器來說，它等于 1/2n（ n為二進(jìn)制位數(shù)）。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(shí)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。 （ 2） 絕對精度 絕對精度是指在 DAC 的數(shù)字輸入端加入給定的數(shù)字代碼時，在輸出端實(shí)際測得的模擬輸出值與理論上應(yīng)有的模擬值之差。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。描述絕對精度的參數(shù)有不調(diào)整總誤差、零碼誤差、滿刻度誤差（或增益誤差 ）和非線性誤差等。 （ 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(shí)際模擬輸出值與理論值之間的最大偏差。一般也用 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(jì)（論文） 19 表示。 （ 5） 建立時間 ts 建立時間 ts 是描述 D/A 轉(zhuǎn)換速率的重要參數(shù)。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。ε，通常 ε=1/2LSB）所經(jīng)歷的時間。 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。這些集成電路芯片是由大規(guī)模集成電路技術(shù)（ LSI）實(shí)現(xiàn)的，它們有 TTL、 CMOS 等用不同的邏輯和工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，是典型的數(shù)字電路和模擬電路混合集成芯片。 D/A 有多種分類方法，各有不同特點(diǎn)。按數(shù)據(jù)輸入方式有并行、串行之分。按字長區(qū)分，則有 1 位之分，字長不同，微分階梯粗細(xì)不同。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。盡管如此，但轉(zhuǎn)換原理基本上是一致的。 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?？梢灾苯优c AT89S51 單片機(jī)連接。 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?？梢赃M(jìn)行兩級緩沖操作，具有很大的靈活性，可以采用流水線方式，一邊輸入數(shù)據(jù)一邊轉(zhuǎn)換上一次輸入的數(shù)據(jù)。因此，本設(shè)計(jì)選用美國半導(dǎo)體公司推出的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832。 (1) 基本特性 分辨率： 8 位。 電流穩(wěn)定時間： 1μs。 功耗： 20mV。 單電源供電： + 5V~ + 15V。 數(shù)字輸入與 TTL 兼容。 可采用雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入三種工作方式。 (2) 結(jié)構(gòu) DAC0832 是采用 CMOS 工藝，具有 20 個引腳的雙列直插式 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器，其引腳如圖 13 所示。 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。因?yàn)橛袃杉夋i存器， DAC0832 可以工作在雙緩沖方式下，即在輸出模擬信號的同時可以采集 一個數(shù)字量，這樣可以有效地提高轉(zhuǎn)換速率。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(jì)（論文） 20 利用第二級鎖存信號實(shí)現(xiàn)多路 D/A 的同時輸出。 DAC0832 既可以工作在雙緩沖方式，也可以工作在單緩沖方式。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。 (3) 引腳功能 CS ：片選信號，低電平有效。 ILE：輸入鎖存器允許信號，高電平有效。 1WR ：輸入寄存器數(shù)據(jù)寫信號，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。只有當(dāng) ILE 為高電平且 CS 和 1WR 同時為低電平時，才能將鎖存器中的數(shù)據(jù)更新。以上三個控制信號構(gòu)成第一級輸入鎖存。 Vcc20I ou t111ls bD I 07I ou t212D I 16D I 25R f b9D I 34D I 416V r e f8D I 515D I 614m s bD I 713I L E19W R 218CS1W R 12X f e r17D A C 08 32 圖 13 DAC0832 引腳 圖 XFER ：輸入鎖存器向 DAC寄存器傳送數(shù)據(jù)控制信號，低電平有效 。 2WR ： DAC寄存器選通信號，低電平有效。 當(dāng) XFER 和 2WR 同時有效時輸入寄存器中的數(shù)據(jù)被裝入 DAC 寄存器，并同時啟動 D/A轉(zhuǎn)換器。 XFER 和 2WR 構(gòu)成第二級鎖存。 DI0～ DI7： 8 位數(shù)據(jù)輸入端， DI0 是最低位（ LSB）， DI7 是最高位（ MSB）