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1、采用DA设计各种波形发生器导师：欧阳斌林 班级：电信1001 组员：杨利红 A07100205 张甲林 A07100206 日期：2013年6月18日摘 要本次D/A转换器设计以单片机AT89S52为主控制器，实现了波形的产生，频率的选择以及波形的选择等功能。本设计的主要功能是用单片机产生三角波，正弦波等波形，然后通过开关按键选择不同的频率和波形输出。本设计采用常用的D/A转换器件TLC5620来使单片机输出的数字信号转换为模拟信号，然后再通过运算放大器把D/A输出的电流信号转换为电压信号输出，这样以便用示波器对波形信号进行测量。这样就完成了D/A转换器的核心部分的设计。关 键 词： 单片机
2、TLC5620 三角波 正弦波 梯形波目录第一章 引言21.1系统背景介绍21.2 D/A转换器的工作原理3第二章 系统概述32.1单片机概述32.1.1单片机的选择32.2 D/A概述52.2.1 D/A转换技术指标52.2.2 TLC5620简介：6第三章 电路设计103.1波形发生器的设计电路原理图103.2 D/A转换器总流程图11第四章 波形发生器程序设计11第五章 系统调试175.1静态调试175.2动态调试17第六章 总结与结束语186.1实验结果186.2设计历程与体会21采用DA设计各种波形发生器第一章 引言1.1系统背景介绍D/A转换器，作为实验用的模拟信号源，是现今各种电
3、子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的D/A转换器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。当今是科学技术及仪器设备高度智能化飞速发展的信息社会，电子技术的进步，给人们带来了根本性的转变。现代电子领域中，单片机的应用正在不断的走向深入，这必将导致传统控制与检测技术的日益革新。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。D/A作为一种常见的应用电子仪器设备，传统
4、的波形产生一般可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证。体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号，其频率底线很低。具有线路相对简单，结构紧
5、凑，价格低廉，频率稳定度高，抗干扰能力强，用途广泛等优点，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改，调整程序，即可完成功能升级。1.2 D/A转换器的工作原理数字/模拟转换器（D/A)用来将数字量转变为模拟量。本设计是基于C52单机的D/A转换器，其可以产生正弦波，锯齿波，方波以及三角波。本设计的原理大概为：以正弦波为例，它实现的原理是把正弦波在一个周期分为256或者64或者32个点，点和点之间的间隔是相等的并通过延时程序来实现。我们先使单片机P0口先输出00H，然后间隔一段时间再输出第二个点，再延时相同的时间输出第三个点，直到输出FFH。这样算一个周期完成
6、。但单片机这样输出的信号只是正弦波的大概，并不是一个平滑完整的波形。我们必须通过一个D/A转换器件把它从数字信号变为模拟信号，但是此时又产生了一个问题，通过D/A转换的模拟信号为电流信号。这样的信号示波器是无法识别的，这样我们就必须通过一个运算放大器把电流信号转换为标准电压信号。这样就基本完成了发生器的设计。当然方波和三角波的实现和正弦波的实现原理基本相同，所以在此我们就不必赘述。我设计的D/A转换器是可以调频的。其调频的原理是：把单片机定时/计数器的最大可计数的时间计算出来，然后我们就可以等间隔步进的从最小的一个计数值来改变计数的时间，使得定时/计数器的溢出时间长短不同，这样就可以改变波形的
7、频率。第二章 系统概述 2.1单片机概述2.1.1单片机的选择随着微电子技术的飞速发展，CPU已经变成低成本器件。在可能的情况下，各种机电设备已经或者正在嵌入CPU构成的嵌入式系统。据Virginia Tech公司报告，嵌入式系统中所使用的CPU数量已经超过通用PC中CPU数量的30倍。 现在系统研究的重点已从通用系统转向专用系统，以及从一般性能转向可靠性、可用性、安全性、自主性、可扩展性、功能性、灵活性、成本、体积、功耗及可管理性上。2.1.2 AT89C52单片机介绍：图1.AT89C52单片机引脚图AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写
8、的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 A
9、T89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能2.2 D/A概述2.2.1 D/A转换技术指标D/A转换器的输入为数字量，经转换后输出为模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度，相对精度，线性度，输出电压
10、范围，温度系数，输入数字代码种类等等。对这些技术性能指标，这里不做全面的详细说明，仅对几个与接口有关的技术性能指标作以介绍。（1）分辨率。分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的为数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为1/2n。这就意味着D/A转换器能对满刻度的1/2n输出量作出反应。例如，8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。因此，数字量的位数越多，分辨率就越高，亦即转换器对输入量变化的敏感程度也就越高。使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。（2）建立时间。建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出
11、达到终值误差+1/2LSB时所需的时间，通常以建立时间来表明转换速度。转换器输出形式为电流时，建立时间较短，而输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一些。但总的来说，D/A转换速度远高与A/D转换，例如快速的D/A转换器的建立时间仅为1us。（3）接口形式。D/A转换器与单片机的接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。通常有两类D/A转换器：一类不带锁存器；另一类则带锁存器。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，在接口要加锁存器，因此这类转换器必须接在口线上而不能直接接在数据总线上；而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是
12、一个输出口，因此可以直接接在数据总线上，而不需另加锁存器。2.2.2 TLC5620简介：（1）TLC5620C是带有高阻抗缓冲输入的4通道8位电源输出数模转换器集合。这些转换器可以产生单调的、一至两倍于基准电压和接地电压差值的输出。通常情况下TLC5620的供电电压为一个5V电源。器件内集成上电复位功能，确保启动时的环境是可重复的。对TLC5620C的数字控制是通过一根简单的3路串行总线实现的。该总线兼容CMOS，并易于向所有的微处理器和微控制器设备提供接口。11位的命令字包括8位数据位，2位DAC选择位和1位范围位，后者用来选择输出范围是1倍还是2倍。DAC寄存器采用双缓存，允许一整套新值
13、被写入设备中。通过LDAC实现DAC输出值的同时更新。数字量的输入采用史密斯触发器，从而有效降低噪声。TLC5620的特点对应原理框图如下：图2.TLC5620原理框图（2）TLC5620 硬件接口图3.TLC5620引脚名称如图所示TLC5620可方便的与单片机连接使用。与单片机的接口如图所示：图4.TLC与单片机的连接图其中VREF为2.5V基准源，四个通道都采用其作为基准源，输入5V电压不输出电压都经过滤波，保证精度。（3）TLC5620 工作时序TLC5620是串联型8位D/A转换器（DAC），它有4路独立的电压输出D/A 转换器，具备各自独立的基准源，其输出还可以编程为2倍戒1倍，在
14、控制TLC5620时，只要对该芯片的DATA、CLK、LDAC、LOAD端口控制即可，TLC5620控制字为11位，包括8位数字量，2位通道选择，1位增益选择。其中命令格式第1位、第2位分别为A1、A0，第3位为RNG，即可编程放大输出倍率，第4到11位为数据位，高位在前，低位在后。通道不同输出关系如下图5.不同通道输出关系图管脚DATA为芯片串行数据输入端，CLK为芯片时钟，数据在每个时钟下降沿输入DATA端，数据输入过程中LOAD始终处于高电平，一旦数据输入完成，LOAD置低，则转换输出，实验中LDAC一直保持低电平，DACA、DACB、DACC、DACD为四路转换输出，REFA、REFB
15、、REFC、REFD为其对应的参考电压。TLC5620的时序图如图所示。图6.TLC5620的时序图当LOAD为高电平时，数据在CLK每一下降沿由时钟同步送入DATA端口。如图(a)所示，一旦所有的数据位送入，LOAD变为脉冲低电平，以便把数据从串行输入寄存器传送到所选择的DAC。如果LDAC为低电平，则所选择的DAC输出电压更新且LOAD变为低电平。在图(b)中，串行编程期间内LDAC为高电平，新数值被LOAD的脉冲低电平打入第一级锁存器后，再由LDAC脉冲低电平传送到DAC输出。数据输入时最高有效位（MSB）在前。使用两个8时钟周期的数据传送示于图(c)和图(d)中。第三章 电路设计3.1波形发生器的设计电路原理图图7.波形发生器设计原理图 3.2 D/A转换器总流程图 开始
