【正文】 XFER 和 2WR 構(gòu)成第二級(jí)鎖存。 2WR ： DAC寄存器選通信號(hào)，低電平有效。以上三個(gè)控制信號(hào)構(gòu)成第一級(jí)輸入鎖存。 當(dāng) 1WR 為低電平時(shí)，用來(lái)將輸入數(shù)據(jù)傳送到輸入鎖存器，當(dāng) 1WR 為高電平時(shí)，輸入鎖存器中的數(shù)字被鎖存。 ILE：輸入鎖存器允許信號(hào)，高電平有效。無(wú)論哪種工作方式，只要數(shù)據(jù)進(jìn)入 DAC 寄存器便啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換。另外，還可以在多個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，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(jí)鎖存信號(hào)實(shí)現(xiàn)多路 D/A 的同時(shí)輸出。 DAC0832 有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)稱(chēng)為輸入寄存器，第二級(jí)稱(chēng)為 DAC 寄存器。 可采用雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入三種工作方式。 單電源供電： + 5V~ + 15V。 電流穩(wěn)定時(shí)間： 1μs。因此，本設(shè)計(jì)選用美國(guó)半導(dǎo)體公司推出的 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832。 DAC0832片內(nèi)含有輸入緩沖寄存器和 DAC 鎖存器兩個(gè) 8 位寄存器。 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(kāi)關(guān)和控制電路，所以功耗低，輸出漏電流小。按模擬開(kāi)關(guān)工藝分類(lèi)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。按字長(zhǎng)區(qū)分，則有 1 D/A 有多種分類(lèi)方法，各有不同特點(diǎn)。 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(kāi)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。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。 （ 4） 零碼誤差、滿(mǎn)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(mǎn)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。 （ 3） 相對(duì)精度 相對(duì)精度是指在零碼誤差和滿(mǎn)刻度誤差校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字代碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬輸出值與理論值之間的最大偏差。絕對(duì)精度可用 LSB 的個(gè)數(shù)或它與滿(mǎn)刻度值之比的百分?jǐn)?shù)（ %）來(lái)表示。它對(duì)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(mǎn)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。第一種方式如圖 12 所示。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了芯片。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(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。一種方式是采用數(shù)據(jù)鎖存器保持輸出量，每個(gè)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。許多 DAC芯片的輸入端都有數(shù)據(jù)鎖存器，這時(shí)不需另加鎖存器。 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。此外，根據(jù)需要可能還要有零點(diǎn)和滿(mǎn)度調(diào)節(jié)部件。輸出接口電路 、 DAC是模擬量輸出通道的基本部件。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(hào)，傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。 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(gè)重要部分，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為關(guān)鍵器件，用來(lái)把單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào)，并送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制或調(diào)解。讀高 8 位結(jié)果時(shí)，要求 A0=0， R/C=1；讀低 4 位結(jié)果時(shí)，要求 A0=1， R/C=1。故可確定啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)的端口地址為 0F9H。AD574 的 12/8 接數(shù)字地。 AT89S51 的 74LS373 接 AD574 的 R/C 端來(lái)控制 AD574的轉(zhuǎn)換狀態(tài)和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 AT89S51 的控制線(xiàn)RD 和 WR 通過(guò)與非門(mén)接 AD574 的 CE 端。均為 100 歐姆電位器，用來(lái)調(diào)整零位和滿(mǎn)量程。該電路采用雙極性輸入方式，可對(duì) 5V～ +5v 或 10V～ +10V模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 （ 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]。雙極性偏移調(diào)節(jié)端 BPLRof 通過(guò)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(guò)電位器 W1接至參考電壓輸出端 REF OUT。 +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。 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。 VEE：模擬電路負(fù)工作電源： ～ 。 VL：數(shù)字邏輯電路工作電源： +～ +。 BIP OFF：雙極性偏移調(diào)節(jié)端。將 REF OUT 端通過(guò) 100 歐姆的精密電位器接至 REF IN 端即可進(jìn)行滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。 20VIN： 20V量程 輸入端。 STS=1 時(shí)，轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行； STS=0 時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 以上 5 種信號(hào)的電平狀態(tài)與芯片的操作對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 6 所示。讀操作中， A0=0 時(shí)，高位數(shù)有效；而 A0=1 時(shí)，則低 4 位數(shù)據(jù)有效。 A0引腳有兩個(gè)作用，一是選擇字節(jié)長(zhǎng)度，二是與 8 位微機(jī)接口時(shí)用作選擇讀出字節(jié)。 A0：字選擇線(xiàn)。 12/ 8 與 A0配合，使 12 位數(shù)據(jù)分兩次讀出， A0=0 時(shí)，讀取高 8 位， A0=1 時(shí)，讀取低 4 位（數(shù)據(jù)低半字節(jié)附加零）。當(dāng) 12/8 =1 時(shí)， 12 位數(shù)據(jù)一次讀出，主要用于 16 位微機(jī)系統(tǒng)； 12/8 =0 時(shí)，可與 8 位單片機(jī)接口。 R/C =0 時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換； R/C =1 時(shí)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 CS 與 CE 必須同時(shí)有效， AD574 才能工作，否則 AD574處于禁止?fàn)顟B(tài)。 CE=1 時(shí)，允許； CE=0 時(shí)，禁止。由于芯片內(nèi)部的比較輸入回路，接有可改變量程的電阻和雙極型輸入偏置電阻，因此， AD574 的輸入模擬電壓量程范圍有 0V~+10V， 0V~+20V， 5V~+5V， 10V~+10V四種。模擬部分由高性能的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和參考電壓組成。 （ 1）結(jié)構(gòu)與 引腳 AD574 的 引腳圖 如圖 9 所示。12V)和 +5V； AD574 具有轉(zhuǎn)換時(shí)間快，與單片機(jī)接口方便可直接采用雙極性模擬信號(hào)輸入等優(yōu)點(diǎn)。(1/2)LSB，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為 25μs，電源供電為 177。片內(nèi)具有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器、電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘電路。地址譯碼器由一片 74LS138（ 38 譯碼器）以及門(mén)電路組成。LSB/2 % 微分線(xiàn)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(kāi) 關(guān) 模數(shù) 轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 控 制 邏 輯 模 擬 輸 入 信 號(hào) 放大器 采樣 保持 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 長(zhǎng)周期變化 一般估計(jì) % 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(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)。 表 4 A/D 轉(zhuǎn)換器的各項(xiàng)誤差 誤差源 性 能 誤 差 量化誤差 177。因此，要對(duì)各項(xiàng)誤差做出估算。 所以本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用 多路模擬通道共享采樣 /保持器 的方案。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。模擬開(kāi)關(guān)在單片機(jī)控制下 ， 分時(shí)選通各個(gè)通道信號(hào)， 然后把信號(hào) 送采樣 /保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后 送 單片機(jī)處理 。 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(jì)（論文） 13 轉(zhuǎn)換器 的通道、 多通道并行 A/D 轉(zhuǎn)換 的通道。 （ 1） 不帶采 樣 /保持器的 A/D 通道 對(duì)于直流或低頻信號(hào)，通常可以不用采樣 /保持器，直接用 A/D 轉(zhuǎn)換器采樣 。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(cè)對(duì)象的具體情況確定 [6]。 34Us5+Us10CH6O U T P U T8I N9L11L+12+ IN1A D 5 8 20 .0 5 u FCH1 5 V0 .0 5 u F+ 1 5 VRL2K1 0 KUoUi 圖 6 AD582 的連接圖 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)采集對(duì)象的性質(zhì)來(lái)選擇其類(lèi)型。%)時(shí)，為了減小饋送的影響和減 緩保持電壓的下降，應(yīng)取 CH=1000PF。%)而速度要求較高時(shí)，可選 CH=100PF，這樣的捕捉時(shí)間 tAC? 6us。所以 AD582 外接較小的電容可獲得較高的采樣速率。 ? ? ? ? K H ztttf APC O N VAC 12 1 966m a x ?????????? ??? (25) AD582 是反饋型采樣 /保持器，保持電容接在運(yùn)算放大器 A2 的輸入端 (腳 8)與反相輸入端 (腳 6)之間。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(hào)頻率下采樣、轉(zhuǎn)換，并采集下一個(gè)點(diǎn)。因此，在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中加入采樣 /保持器是很有必要的。 由于 AD582 的孔徑時(shí)間 tAP=50ns、捕捉時(shí)間 tAC=6μs， 12 位的 AD574 的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=25μs， 則可以計(jì)算出系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率如式 24 所示 。在高壓 COMS 的邏輯電平為 0V 和 +9V 時(shí)， IN 接入 +5V后，則 0V輸入使芯片