1.1輸出通道簡(jiǎn)介模擬量輸出通道的任務(wù)一把計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達(dá)到控制的目的；模擬量輸出通道（稱為D/A通道或AO通道）構(gòu)成一一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A或DAC）和電壓/電流變換器等；模擬量輸出通道基本構(gòu)成一多D/A結(jié)構(gòu)和共享D/A結(jié)構(gòu)1.2輸出通道設(shè)計(jì)方案多D/A結(jié)構(gòu)|>D/A——V/I一一通道n圖1.2.1多D/A結(jié)構(gòu)框圖特點(diǎn)：1、一路輸出通道使用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器2、D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器3、D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)、信號(hào)保持作用4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨(dú)立5、缺點(diǎn)是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多共享D/A結(jié)構(gòu)

通道J通道11圖1.2.2共享D/A結(jié)構(gòu)框圖通道J通道11特點(diǎn)：1、多路輸出通道共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器2、每一路通道都配有一個(gè)采樣保持放大器3、D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用4、采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)保持功能5、節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用主機(jī)時(shí)間本次課程設(shè)計(jì)選擇結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的多D/A結(jié)構(gòu)1.3通道硬件方案1.3.1DAC的選擇數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（英語：Digitaltoanalogconverter，英文縮寫：DAC）是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（以電流、電壓或電荷的形式）的設(shè)備。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）則是以相反的方向工作。在很多數(shù)字系統(tǒng)中（例如計(jì)算機(jī)），信號(hào)以數(shù)字方式存儲(chǔ)和傳輸，而數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器可以將這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，從而使得它們能夠被外界（人或其他非數(shù)字系統(tǒng)）識(shí)別。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的常見用法是在音樂播放器中將數(shù)字形式存儲(chǔ)的音頻信號(hào)輸出為模擬的聲音。有的電視機(jī)的顯像也有類似的過程。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器有時(shí)會(huì)降低原有模擬信號(hào)的精度，因此轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)常常需要篩選，使得誤差可以忽略。由于成本的考慮以及對(duì)于模塊化電子元件的需求，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器基本上是以集成電路（Integratedcircuit,恥）的形式制造。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器有多重架構(gòu)，它們各自都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在特定的應(yīng)用中，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的選用是否合適，取決于其一系列參數(shù)（包括轉(zhuǎn)換速率以及分辨率）是否合適。本次課程設(shè)計(jì)選用DAC0832芯片。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到

廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。麗DEAGyp|~i~圖1.3DAC0832芯片1.3.2光耦隔離器的選擇光電隔離器（optoelectronicisolator，英文縮麗DEAGyp|~i~圖1.3DAC0832芯片1.3.2光耦隔離器的選擇光電隔離器（optoelectronicisolator，英文縮輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是:信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器（SSR）.儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。本次課設(shè)選用moc3021光電耦合器moc3021是摩托羅拉生產(chǎn)的可控硅輸出的光電耦合器；常用做大功率可控硅的光電隔離觸發(fā)器，且是即時(shí)觸發(fā)的；還有moc3041、moc3061、moc3081等，是過零觸發(fā)的。1.3.3單片機(jī)的選擇單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit)，單片機(jī)芯片常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機(jī)，直到目前基于8031的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。本次課程設(shè)計(jì)選用c51系列單片機(jī)51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flashrom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。1.4輸出通道設(shè)計(jì)框圖大體設(shè)計(jì)思路如下本次課設(shè)設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)2路8位D/A轉(zhuǎn)換，因此不用數(shù)據(jù)緩沖，僅用一塊74LS138連接。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1DA轉(zhuǎn)換器DAC0832簡(jiǎn)介DAC0832的主要特性參數(shù)*分辨率為8位；*電流穩(wěn)定時(shí)間1us；*可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；*只需在滿量程下調(diào)整其線性度；*單一電源供電（+5V?+15V）；*低功耗，20mWDAC0832結(jié)構(gòu)D0?D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns（否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò)）；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER:數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；*WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1:電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2:電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V?+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V?+10V；AGND:模擬信號(hào)地DGND:數(shù)字信號(hào)地2.1.3DAC0832的工作方式根據(jù)對(duì)DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要（如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等）。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛，關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖：D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機(jī)電路連接。DAC0832引腳功能說明：DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。XFER:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。Iout2:電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號(hào)輸入線，芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線（+5v~+15v）Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線（-10v~+10v）AGND:模擬地，摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地，兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好.

DQ寄存器DQ輸入DQDQ三一…8位

DAC寄存器LE2圖3-3DAC088位

DAC

轉(zhuǎn)換器」AGND當(dāng)切=時(shí),輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。當(dāng)玨=時(shí)，輸出數(shù)據(jù)被鎖存。I~^REFLDGND框圖及弓腳圖2.1.3DAC1210原理框圖及引腳2.2隔離方案光電隔離的作用一DQ寄存器DQ輸入DQDQ三一…8位

DAC寄存器LE2圖3-3DAC088位

DAC

轉(zhuǎn)換器」AGND當(dāng)切=時(shí),輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。當(dāng)玨=時(shí)，輸出數(shù)據(jù)被鎖存。I~^REFLDGND框圖及弓腳二、光電耦合器：將發(fā)光元件和受光元件組合在一起，通過電-光-電這種轉(zhuǎn)換，利用“光”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能，使輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。根據(jù)受光元件的不同可分為晶體管輸出型和品閘管輸出型兩類。光電耦合器具有三個(gè)特點(diǎn)：①信號(hào)傳遞采取電-光-電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，能夠避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾，②抑制噪聲干擾能力強(qiáng)；③具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間一般為數(shù)以內(nèi)，高速型光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間有的甚至小于10ns。三、固態(tài)繼電器：固態(tài)繼電器按使用場(chǎng)合可以分為交流型(AC-SSR)和直流型(DC-SSR)兩類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。四、隔離放大器：為完成地線隔離，將放大器加上靜電和電磁屏蔽浮置起來，這種放大器叫隔離放大器，或叫隔離器，其輸入和輸出電路與電源沒有直接的電路耦合關(guān)系。常用的隔離放大器有AnalogDevices公司的AD277J、AD202、AD204、AD289、AD290、AD210、AD281等。五、線性光電隔離放大器：利用發(fā)光二極管的光反向送回輸入端，正向送全輸出端，從而提高了放大器的精度和線性度。放大器的輸入端和輸出端是用光隔離的，所以不存在電氣連接。常見的線性光電隔離放大器有Burr-Brown公司的ISO100、3650和3652本次課設(shè)設(shè)計(jì)選用moc3021光耦隔離?；緟?shù)：moc3021，采用DIP封裝方式。通道數(shù):1隔離電壓:7500V輸出類型:三端雙向可控驅(qū)動(dòng)輸入電流:60mA輸出電壓:400V封裝類型:DIP針腳數(shù):6光電耦合器類型:SCR/三端雙向可控硅開關(guān)輸出封裝類型:DIP-6工作溫度范圍:-40°Cto+85°C電流，有效值最大：100mA觸發(fā)電流，If最大：15mA輸出電壓最大:400V閾值電流，Ifon:15mA阻斷電壓:400V

2.3—路通道設(shè)計(jì)本次課設(shè)用proteus來仿真模擬圖2.3.1隔離部分轉(zhuǎn)換器的輸出電壓經(jīng)兩級(jí)光電耦合器變成輸出電流，這樣既滿足了轉(zhuǎn)換的隔離，有實(shí)現(xiàn)了電壓/電流變換。為了取得良好的變換線性度和精度，在使用中應(yīng)挑選線性好、傳輸比相同并始終工作在先行區(qū)的兩只光電耦合器。一路通道仿真圖圖2.3.2一路通道總設(shè)計(jì)圖2.4總體設(shè)計(jì)仿真接口電路圖2.4.1接口電路總體仿真圖2.4.2系統(tǒng)總體電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1proteus簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、

HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。3.1.2功能特點(diǎn)Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是:（2）PCB自動(dòng)或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：互動(dòng)的電路仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。3.2D/A轉(zhuǎn)換程序#pragmadboesb#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定義DAC0832端口地址*/#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定義DAC0832端口地址*/#defineucharunsignedchar/*延時(shí)函數(shù)*/voiddelay(uchart){while(t—);}voidsaw(void){/*鋸齒波發(fā)生函數(shù)*/uchari;for/*延時(shí)函數(shù)*/DAC0832=i;

voidsquare(void){DAC0832=0x00;delay(0x10);DAC0832=0xff;delay(0x10);}voidmain(void){uchari,j;i=j=0xff;while(i—){saw();}voidsquare(void){DAC0832=0x00;delay(0x10);DAC0832=0xff;delay(0x10);}voidmain(void){uchari,j;i=j=0xff;while(i—){saw();}while(j—){square();}}1.輸出固定電壓的程序/*方波發(fā)生函數(shù)*//*產(chǎn)生一段鋸齒波*//*產(chǎn)生一段方波*/#include<AT89X52.H>unsignedcharflag;//波型輸出標(biāo)置變量bittime;unsignedcharsin(unsignedcharx){unsignedcharcodesin_tab[]={125,128,131,134,138,141,144,147,150,153,156,159,162,165,168,171,174,177,180,182,185,188,191,193,196,198,201,203,206,208,211,213,215,217,219,221,223,225,227,229,231,232,234,235,237,238,239,241,242,243,244,245,246,246,247,248,248,249,249,250,250,250,250,250,250,250,250,249,249,248,248,247,246,246,245,244,243,242,241,239,238,237,235,234,232,231,229,227,225,223,221,219,217,215,213,211,208,206,203,201,198,196,193,191,188,185,182,180,177,174,171,168,165,162,159,156,153,150,147,144,141,138,134,131,128,125,122,119,116,112,109,106,103,100,97,94,91,88,85,82,79,76,73,70,68,65