項目5A/D與D/A項目制作：數字電壓表和信號發生器設計任務1.1單音階播放器任務一：簡單數字電壓表制作用AD采集電壓，將采到的AD值換算成電壓值顯示在LCD液晶上任務二：溫顯數字電壓表制作采集電壓值和溫度值，顯示在LCD液晶上任務三：簡易信號發生器制作使用DA產生方波、三角波、正弦波，并且能改變波形周期、幅值、占空比等任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹該任務的目的是引導學習者初步理解對單片機A/D模塊的控制，被檢測的電壓信號通過A/D模塊送入單片機系統，再由液晶顯示。該項目側重于熟悉A/D模塊的使用，在講解該任務設計前，首先介紹相關知識點，包括A/D轉換原理、程序的優化、“地”的概念等。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作A/D轉換原理A/D轉換器是將模擬電信號轉成數字電信號的器件。模擬電信號一般是由壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號轉換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經過A/D轉換后，輸出的數字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數表示的數字量。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試逐次逼近法逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉換電路，轉換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖所示。任務5.1簡單數字電壓表制作A/D轉換原理A/D轉換器是將模擬電信號轉成數字電信號的器件。模擬電信號一般是由壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號轉換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經過A/D轉換后，輸出的數字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數表示的數字量。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試雙積分法采用雙積分法的A/D轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。如圖5-2所示。任務5.1簡單數字電壓表制作A/D轉換原理A/D轉換器是將模擬電信號轉成數字電信號的器件。模擬電信號一般是由壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號轉換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經過A/D轉換后，輸出的數字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數表示的數字量。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試電壓頻率轉換法采用電壓頻率轉換法的A/D轉換器，由計數器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成，如圖5-3所示。任務5.1簡單數字電壓表制作A/D轉換指標分辨率（Resolution）轉換速率（ConversionRate）量化誤差（QuantizingError）偏移誤差（OffsetError）滿刻度誤差（FullScaleError）線性度（Lineafity）任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作控制程序優化對程序進行優化，通常是指優化程序代碼或程序執行速度。優化代碼和優化速度實際上是一個矛盾的統一，一般是優化了代碼的尺寸，就會帶來執行時間的增加；優化了程序的執行速度，通常會帶來代碼增加的副作用，只能在設計時掌握一個平衡點。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作一、程序結構的優化1、程序的書寫結構2、標識符3、程序結構4、定義常數5、表達式6、函數7、盡量少用全局變量，多用局部變量。8、設定合適的編譯程序選項任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作二，代碼的優化1、選擇合適的算法和數據結構2、減少運算的強度3、查表任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作“地”的概念“地”是電子技術中一個很重要的概念。“接地”有設備內部的信號接地和設備接大地，兩者概念不同，目的也不同。“地”的經典定義是“作為電路或系統基準的等電位點或平面”。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作“地”的概念信號“地”又稱參考“地”就是零電位的參考點，也是構成電路信號回路的公共端。(1)直流地：直流電路“地”，零電位參考點。(2)交流地：交流電的零線，應與地線區別開。(3)功率地：大電流網絡器件、功放器件的零電位參考點。(4)模擬地：放大器、采樣保持器、A/D轉換器和比較器的零電位參考點。(5)數字地：也叫邏輯地，是數字電路的零電位參考點。設備的信號接地，可能是以設備中的一點或一塊金屬來作為信號的接地參考點，它為設備中的所有信號提供了一個公共參考電位。有單點接地、多點接地、浮地。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作“地”的概念二、設備地

在工程實踐中，除認真考慮設備內部的信號接地外，通常還將設備的信號地，機殼與大地連在一起，以大地作為設備的接地參考點。設備接大地的目的是：1）保護地，保護接地就是將設備正常運行時不帶電的金屬外殼（或構架）和接地裝置之間作良好的電氣連接。為了保護人員安全而設置的一種接線方式。保護“地”線一端接用電器外殼，另一端與大地作可靠連接。2）防靜電接地，泄放機箱上所積累的電荷，避免電荷積累使機箱電位升高，造成電路工作的不穩定。3）屏蔽地，避免設備在外界電磁環境的作用下使設備對大地的電位發生變化，造成設備工作的不穩定。任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試任務5.1簡單數字電壓表制作任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試根據任務介紹所描述的數字電壓表功能，選擇TLC549作為A/D轉換芯片，將電壓值顯示在LCD1602液晶上，具體的資源安排如下：單片機P0口做為液晶LCD1602數據口，P2口分別控制液晶LCD1602與TLC549。學習者可從網上查找TLC549的數據手冊，弄清楚該芯片的使用方式。任務5.1簡單數字電壓表制作任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試根據任務介紹所描述的數字電壓表功能，選擇TLC549作為A/D轉換芯片，將電壓值顯示在LCD1602液晶上，具體的資源安排如下：單片機P0口做為液晶LCD1602數據口，P2口分別控制液晶LCD1602與TLC549。學習者可從網上查找TLC549的數據手冊，弄清楚該芯片的使用方式。任務5.1簡單數字電壓表制作任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試程序代碼講解任務5.1簡單數字電壓表制作任務5.1簡單數字電壓表制作任務5.1簡單數字電壓表制作任務介紹知識導入A/D轉換原理控制程序優化“地”的概念設計步驟應用測試學習者可以選擇根據所提供的電路原理圖搭建實際的電路，或者采用本書配套的開發板執行程序觀察效果。如本書前面所說，與本書配套的資料包括每個任務的源代碼、電路原理圖、部分仿真電路圖、操作視頻和開發板。本任務的測試重點是觀察TLC549如何工作，學習者調節被測電壓并觀察液晶能否“實時”顯示電壓的變化。假如學習者還有興趣，接入周期信號（低頻率），通過修改代碼，使液晶顯示周期信號的平均電壓和有效電壓值。任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務介紹設計步驟應用測試該任務的主要功能是能夠采樣電壓信號和溫度值，并在液晶上顯示。在A/D模塊中，先后采樣就是順序采樣，與之對應是同步采樣。同步采樣是在時間上同時進行采樣，同步采樣在非常多的領域得到應用，但限于單片機的處理能力與資源限制，本書不講解同步采樣概念。該任務的重點是引導學習者了解DS18B20溫度傳感器的使用和如何實現對兩路信號的采樣。DS18B20溫度傳感器是數字信號輸出，因此不需要額外增加A/D模塊。該溫度傳感器是單總線接口，學習者需要參考前面所說的單總線知識點來完成任務設計。本任務的難度較低，沒有具體的性能指標參數，設計過程中的發揮空間較大。任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務介紹設計步驟應用測試根據上面的任務介紹，該任務所使用的資源如下：單片機P0口作為液晶LCD1602數據口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務介紹設計步驟應用測試根據上面的任務介紹，該任務所使用的資源如下：單片機P0口作為液晶LCD1602數據口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務介紹設計步驟應用測試根據上面的任務介紹，該任務所使用的資源如下：單片機P0口作為液晶LCD1602數據口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。程序代碼講解任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務5.2溫顯數字電壓表制作任務介紹設計步驟應用測試該任務與任務一沒有本質區別，僅僅是增加了一路外部輸入信號，DS18B20溫度傳感器的輸出已經是數字信號了，所以不需要再進行A/D轉換。該任務的目的是介紹單片機如何處理兩路輸入信號。從本任務的設計可以看出，采取了查詢方式實現對電壓和溫度的檢測，這種方式較為簡單，但效率也最低，適合于非實時數據采集場合。假如要實現更高實時性，應采用中斷方式進行處理。任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作簡易信號發生器的工作原理就是單片機每隔一個時間點產生一個數據，該數據通過D/A轉換模塊轉換為電壓值，一系列的電壓值在時間軸上排列出來就是信號了。該任務要求能產生方波、三角波、正弦波，信號的頻率上限為2KHZ，能夠控制信號的幅值、頻率和占空比。對D/A模塊不做要求（常規的D/A芯片均可滿足），并行或者串行接口都可以。任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作信號周期與頻率在信號與系統的分析中，經常要用到周期信號。周期信號是一類具有某種周期重復性的信號，這種重復性表現在周期信號在某一時刻的函數值每經過一段時間間隔后又將準確地重復。使周期信號函數值重復的最小時間間隔稱為基波周期，一般用符號T0

表示。T0定義了信號完整地變化一周所需要的持續時間，它反映了周期信號的基本特性。顯然，如果周期信號的基波周期為T0，則該信號在2T0

、3T0、mT0

時也將呈現出周期性。圖5-10是一個周期信號的示例。任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作D/A轉換原理數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字電信號轉變成模擬電信號的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。數模轉換有兩種轉換方式：并行數模轉換和串行數模轉換。任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作D/A轉換器的主要特性指標包括以下幾方面：分辨率線性度轉換精度溫度系數電源抑制比工作溫度范圍失調誤差（或稱零點誤差）增益誤差（或稱標度誤差）非線性誤差任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作【規則1】設計滿足要求的最精簡的系統

【規則2】使用看門狗

【規則3】確定系統的復位信號可靠【規則4】確定系統的初始化有效【規則5】上電時對系統進行檢測【規則6】按EMC測試要求設計硬件【規則7】在仿真前做好充分的準備

【規則8】使用庫函數

【規則9】使用const【規則10】使用static【規則11】不要忽視編譯器警告【規則12】深入了解所用的工具【規則13】不要使用編程語言的冷僻特性任務5.3簡易信號發生器制作任務介紹知識導入信號周期與頻率D/A轉換原理程序開發原則設計步驟應用測試任務5.3簡易信號發生器制作根據上面的任務介紹，示例設計做了如下資源安排：用單片機P1口控制TLC5620芯片，P3口控制8個按鍵。八個按鍵的功能分別為：按鍵1：選擇波形；按鍵2：增加周期；按鍵3：減小周期；按鍵4：增加幅值；按鍵5：減小幅值；按鍵6：正弦波形幅度切換；