任務一數控電壓源任務二簡易波形發生器本任務的內容用按鍵控制單片機系統輸出模擬電壓，具體功能要求為：1．輸出電壓范圍：0~9.9V，步進0.1V，即每按下一次按鍵，電壓值變化0.1V。2．輸出電壓值由數碼管顯示。3．由“＋”“－”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減。任務提出任務一數控電壓源根據任務內容，需要輸出0~9.9V的直流電壓，步進為0.1V。如果每個電壓值對應一個數據，也就是要求輸出100個數據。表示100個數據最少需要7位二進制，因此，在本任務中選擇8位數模轉換器件DAC0832實現來實現數模轉換。任務分析為了實現按鍵輸入和數據顯示，系統硬件以單片機最小系統為控制核心，增加按鍵電路和顯示器件的驅動電路，同時將單片機的數據連接到DAC0832的數據接口，即可形成數控電壓源的基本硬件電路。整個系統的框圖如圖所示。數控電壓源硬件系統框圖由于單片機端口及DAC0832內部都有鎖存器，在系統沒有按下按鍵時，輸出電壓受鎖存的數據控制，將一直維持設定數據。因此，在編寫控制程序時，可以不斷檢測按鍵，在確認有鍵按下時修改輸出數據即能夠實現輸出電壓的修改。一、D/A轉換的基本概念能將數字量轉換成模擬量的電路，稱為數/模轉換器（Digital-AnalogConverter），簡稱DAC或D/A轉換器。相關知識完成D/A轉換的具體電路有多種，特別是單片大規模集成D/A轉換器的問世，為實現數模轉換提供了極大的方便，使用者可借助于器件手冊提供的器件性能指標及典型應用電路，正確使用這些器件。目前市場上供應的D/A變換器芯片種類頗多，按數據位數可分為8位、10位、12位等，按轉換速度有低速、高速之分，按數據的傳送方式有串行和并行之分。D/A轉換芯片所需的基準電壓UREF有芯片內部電路提供和外部引腳接入兩種方式，多數轉換電路由片外提供基準電源。為了使D/A轉換器能連續輸出模擬信號，CPU送給D/A轉換器的二進制數值通過鎖存保持，然后再與D/A轉換器相連接。有的D/A轉換器芯片內部帶有鎖存器，此種芯片可作為CPU的一個外圍設備端口，掛在總線上。在需要進行D/A轉換時，CPU通過片選信號和寫控制信號將數據寫至D/A轉換器。二、D/A轉換器的主要性能指標1．分辨率分辨率是指D/A轉換器能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數字量的二進制位數。2．建立時間從數字信號輸入DAC起，到輸出電流（或電壓）達到穩態值所需的時間為建立時間。建立時間的長短決定了數/模轉換的速度，是DAC最重要的指標之一。3．轉換精度轉換精度是指滿量程時DAC的實際模擬輸出值和理論值的接近程度。4．偏移量誤差偏移量誤差是指輸入數字量為零時，輸出模擬量對零的偏移值。5．線性度線性度是指DAC的實際轉換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。三、DAC0832簡介DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片電流輸出型8位數模轉換器。如圖所示是DAC0832的邏輯框圖及引腳排列，表是DAC0832的引腳功能說明。DAC0832邏輯框圖和引腳排列DAC0832的引腳功能四、TL431簡介德州儀器公司（TI）生產的TL431是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。因其性能好、價格低，廣泛應用在各種電源電路中。例如，數字電壓表、可調壓電源、開關電源等。TL431是一種并聯穩壓集成電路。其輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置2.5~36V范圍內的任何值，如圖a所示。圖b相當于a中的R2短路且R3開路，電路穩壓值為固定的2.5V。TL431的典型動態阻抗為0.2Ω，在很多應用中用它代替齊納二極管。TL431的典型應用電路一、硬件設計根據任務目標和任務分析，本任務要輸出0~9.9V的模擬電壓，采用DAC0832來實現數模轉換。任務實施DAC0832是典型的R-2R網絡DAC器件，按DAC0832的典型應用電路，其輸出電壓與基準電壓的極性相反，且輸出的幅度略小于基準電壓。在本任務中選擇DAC0832的基準電壓為-10V，用并聯可調基準TL431實現基準電壓的穩壓。DAC0832采用直通方式，數據端直接連接到單片機的P3口。DAC0832的輸出端采用運算放大器NE5532將輸出電流轉換為模擬電壓，因最大輸出電壓約10V，在電路中NE5532采用±15V供電。本任務通過按鍵控制輸出模擬電壓，由于按鍵數量少，采用端口讀取按鍵的方式檢測按鍵是否按下，在電路中將按鍵一端直接接在單片機的引腳上，另一端直接接地。任務目標中要求用兩只數碼管顯示兩位數據，采用端口直接驅動共陽極數碼管的靜態顯示電路。其中顯示整數個位的數碼管的小數點直接連接到地，使該數碼管一直顯示小數點。通過硬件電路和元器件的選擇，本任務中單片機應用系統的硬件電路如圖所示。D/A轉換輸出多種指定模擬電壓原理圖二、軟件設計本系統中DAC0832采用直通工作方式，所以只需向單片機P3端口直接賦值，就能從DAC0832的電流輸出端所接運算放大器NE5532的輸出引腳得到所需要的模擬電壓信號。數控電壓源系統程序流程圖a)主程序

b)按鍵檢測及處理函數三、Proteus仿真參照前面任務介紹的方法和步驟進行Proteus仿真。在仿真時，按下“+”按鍵，將使顯示的數字增加，同時使運放輸出的模擬電壓上升；按下“-”按鍵，將使顯示數字減小，同時使運放輸出的模擬電壓下降。如圖所示為通過按鍵設置輸出電壓為2.5V時的仿真效果圖。數控電壓源仿真效果圖在單片機應用系統中常需要用單片機作為信號源，為電路提供模擬信號。本任務以按鍵控制單片機系統，通過DAC0832輸出三角波和正弦波，要求輸出頻率為100Hz。任務提出任務二

簡易波形發生器根據任務目標，需要控制DAC0832輸出模擬電壓形成正弦波和三角波。這兩種不同的波形頻率均為100Hz。兩個波形的區別是按指定順序依次輸出不同的模擬電壓。為了實現按鍵選擇輸出不同的波形，系統硬件以單片機最小系統為控制核心，增加按鍵電路，同時將單片機的數據連接到DAC0832的數據接口，即可形成波形發生器的基本硬件電路。整個系統的框圖如圖所示。任務分析簡易波形發生器硬件系統框圖在數字化處理系統中，往往需要對模擬信號進行抽樣處理。所謂抽樣，就是對時間連續的信號隔一定的時間間隔抽取一個瞬時幅度值（樣值）。在進行模擬/數字信號的轉換過程中，當抽樣頻率大于信號中最高頻率的2倍時，抽樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息，這一原理稱為抽樣定理，又稱奈奎斯特定理。一般實際應用中，要求采樣頻率為信號最高頻率的5～10倍。相關知識在實際應用中還應注意在抽樣前后對模擬信號進行濾波，把高于1/2抽樣頻率的頻率濾掉，這是抽樣中必不可少的步驟。抽樣定理說明一個連續模擬信號完全可用離散樣本值表示?？梢杂贸闃拥姆绞綄⒛M信號變為離散的數字信號，這樣數字信號又可以還原出原模擬信號。一、硬件設計根據任務目標和任務分析，本任務由單片機最小系統、按鍵及DAC0832相關電路組成。任務實施在本任務中，選擇DAC0832的基準電壓為5V，在DAC0832的輸出端采用運算放大器NE5534將輸出電流轉換為模擬電壓，故輸出電壓范圍為0~-5V，在電路中NE5534采用±9V供電。如果要得到純交流信號，可以在運放的輸出端串接一隔直流的電容，也可以使用運算電路平移電平實現。本任務通過兩只按鍵控制輸出波形，將按鍵直接接在單片機的外部中斷引腳上，可使用外部中斷檢測按鍵。通過硬件電路和元器件的選擇，本任務中單片機應用系統的硬件電路如圖所示。簡易波形發生器電路原理圖二、軟件設計本系統中DAC0832采用直通工作方式，所以只需向單片機P3端口直接賦值，就能從DAC0832的電流輸出端所接運算放大器NE5534的輸出引腳得到所需要的模擬電壓信號。根據任務要求，由按鍵控制電路輸出波形，所以在程序中必須要檢測這兩個按鍵。而這兩個鍵連接在外部中斷的兩個引腳上，最簡單、有效的方法是使用外部中斷的方式。同時，因為只要檢測到鍵按下就轉換到相應的狀態，所以不需要按鍵的消抖，并且外部中斷應使用邊沿觸發的方式。本任務中設置P3.2所接按鍵功能為輸出三角波，設置P3.3所接按鍵功能為輸出正弦波。切換輸出方式時，使用一個全局變量作為波形標志，規定其值為1時為三角波狀態，值為2時為正弦波狀態。在系統初始化時，將波形標志初始化為0，不輸出信號，此時規定輸出為0，則在外部中斷0中將該標志設置為1，在外部中斷1中將該標志設置為2即可實現輸出波形的切換。對于輸出信號的頻率，由于這里只是一個演示程序，設置其輸出為100Hz，即每個周期需要10ms，為了方便，將每個周期的輸出確定為250個點，則每兩個不同的輸出值之間就相差40μs。對于這個固定的時間間隔，程序中采用定時中斷完成。為了保證定時的準確，在定時中斷服務程序中設置一個標志。在主程序中，當時間標志出現的時候，根據波形標志的不同，輸出不同的數值，以輸出規定的波形。下面分析使用DAC0832輸出三角波和正弦波的具體控制程序。1.三角波的輸出從單片機傳輸到DAC的數字量最小變化量為1，當輸入數字量變化1時，數/模轉換器對應輸出的模擬量的大小就是其分辨率，隨著數字的增大或減小，數/模轉換器輸出模擬量也隨之增大或減小，因而從數/模轉換器輸出的三角波不是理想的線性變化三角波，只有當電壓的變化量很小時，才可以看作是線性增長（降低）的。2.正弦波的輸出與三角波相似，系統也只能輸出近似的正弦波。不同的是，正弦波不通過計算的方式來獲得需要輸出的數字量，因為