項目5A/D與D/A項目制作：數(shù)字電壓表和信號發(fā)生器設(shè)計任務(wù)1.1單音階播放器任務(wù)一：簡單數(shù)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(wù)二：溫顯數(shù)字電壓表制作采集電壓值和溫度值，顯示在LCD液晶上任務(wù)三：簡易信號發(fā)生器制作使用DA產(chǎn)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(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹該任務(wù)的目的是引導(dǎo)學(xué)習(xí)者初步理解對單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)，再由液晶顯示。該項目側(cè)重于熟悉A/D模塊的使用，在講解該任務(wù)設(shè)計前，首先介紹相關(guān)知識點，包括A/D轉(zhuǎn)換原理、程序的優(yōu)化、“地”的概念等。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電信號轉(zhuǎn)成數(shù)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(zhuǎn)換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數(shù)表示的數(shù)字量。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)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(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖所示。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電信號轉(zhuǎn)成數(shù)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(zhuǎn)換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數(shù)表示的數(shù)字量。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試雙積分法采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。如圖5-2所示。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電信號轉(zhuǎn)成數(shù)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(zhuǎn)換過來的電壓或電流信號量。模擬電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以是8位、10位、12位、16位以及更多位數(shù)表示的數(shù)字量。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試電壓頻率轉(zhuǎn)換法采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的A/D轉(zhuǎn)換器，由計數(shù)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(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作A/D轉(zhuǎn)換指標(biāo)分辨率（Resolution）轉(zhuǎn)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(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作控制程序優(yōu)化對程序進(jìn)行優(yōu)化，通常是指優(yōu)化程序代碼或程序執(zhí)行速度。優(yōu)化代碼和優(yōu)化速度實際上是一個矛盾的統(tǒng)一，一般是優(yōu)化了代碼的尺寸，就會帶來執(zhí)行時間的增加；優(yōu)化了程序的執(zhí)行速度，通常會帶來代碼增加的副作用，只能在設(shè)計時掌握一個平衡點。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作一、程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化1、程序的書寫結(jié)構(gòu)2、標(biāo)識符3、程序結(jié)構(gòu)4、定義常數(shù)5、表達(dá)式6、函數(shù)7、盡量少用全局變量，多用局部變量。8、設(shè)定合適的編譯程序選項任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作二，代碼的優(yōu)化1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、減少運算的強(qiáng)度3、查表任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作“地”的概念“地”是電子技術(shù)中一個很重要的概念?！敖拥亍庇性O(shè)備內(nèi)部的信號接地和設(shè)備接大地，兩者概念不同，目的也不同?！暗亍钡慕?jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準(zhǔn)的等電位點或平面”。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)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(gòu)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(yīng)與地線區(qū)別開。(3)功率地：大電流網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換器和比較器的零電位參考點。(5)數(shù)字地：也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零電位參考點。設(shè)備的信號接地，可能是以設(shè)備中的一點或一塊金屬來作為信號的接地參考點，它為設(shè)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(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作“地”的概念二、設(shè)備地

在工程實踐中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號接地外，通常還將設(shè)備的信號地，機(jī)殼與大地連在一起，以大地作為設(shè)備的接地參考點。設(shè)備接大地的目的是：1）保護(hù)地，保護(hù)接地就是將設(shè)備正常運行時不帶電的金屬外殼（或構(gòu)架）和接地裝置之間作良好的電氣連接。為了保護(hù)人員安全而設(shè)置的一種接線方式。保護(hù)“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(jī)箱上所積累的電荷，避免電荷積累使機(jī)箱電位升高，造成電路工作的不穩(wěn)定。3）屏蔽地，避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的作用下使設(shè)備對大地的電位發(fā)生變化，造成設(shè)備工作的不穩(wěn)定。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試根據(jù)任務(wù)介紹所描述的數(shù)字電壓表功能，選擇TLC549作為A/D轉(zhuǎn)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(jī)P0口做為液晶LCD1602數(shù)據(jù)口，P2口分別控制液晶LCD1602與TLC549。學(xué)習(xí)者可從網(wǎng)上查找TLC549的數(shù)據(jù)手冊，弄清楚該芯片的使用方式。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試根據(jù)任務(wù)介紹所描述的數(shù)字電壓表功能，選擇TLC549作為A/D轉(zhuǎn)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(jī)P0口做為液晶LCD1602數(shù)據(jù)口，P2口分別控制液晶LCD1602與TLC549。學(xué)習(xí)者可從網(wǎng)上查找TLC549的數(shù)據(jù)手冊，弄清楚該芯片的使用方式。任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試程序代碼講解任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.1簡單數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入A/D轉(zhuǎn)換原理控制程序優(yōu)化“地”的概念設(shè)計步驟應(yīng)用測試學(xué)習(xí)者可以選擇根據(jù)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(fā)板執(zhí)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(wù)的源代碼、電路原理圖、部分仿真電路圖、操作視頻和開發(fā)板。本任務(wù)的測試重點是觀察TLC549如何工作，學(xué)習(xí)者調(diào)節(jié)被測電壓并觀察液晶能否“實時”顯示電壓的變化。假如學(xué)習(xí)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(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹設(shè)計步驟應(yīng)用測試該任務(wù)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(yīng)是同步采樣。同步采樣是在時間上同時進(jìn)行采樣，同步采樣在非常多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，但限于單片機(jī)的處理能力與資源限制，本書不講解同步采樣概念。該任務(wù)的重點是引導(dǎo)學(xué)習(xí)者了解DS18B20溫度傳感器的使用和如何實現(xiàn)對兩路信號的采樣。DS18B20溫度傳感器是數(shù)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(xué)習(xí)者需要參考前面所說的單總線知識點來完成任務(wù)設(shè)計。本任務(wù)的難度較低，沒有具體的性能指標(biāo)參數(shù)，設(shè)計過程中的發(fā)揮空間較大。任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹設(shè)計步驟應(yīng)用測試根據(jù)上面的任務(wù)介紹，該任務(wù)所使用的資源如下：單片機(jī)P0口作為液晶LCD1602數(shù)據(jù)口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹設(shè)計步驟應(yīng)用測試根據(jù)上面的任務(wù)介紹，該任務(wù)所使用的資源如下：單片機(jī)P0口作為液晶LCD1602數(shù)據(jù)口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹設(shè)計步驟應(yīng)用測試根據(jù)上面的任務(wù)介紹，該任務(wù)所使用的資源如下：單片機(jī)P0口作為液晶LCD1602數(shù)據(jù)口，P2口分別控制液晶LCD1602、TLC549、DS18B20。程序代碼講解任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)5.2溫顯數(shù)字電壓表制作任務(wù)介紹設(shè)計步驟應(yīng)用測試該任務(wù)與任務(wù)一沒有本質(zhì)區(qū)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(jīng)是數(shù)字信號了，所以不需要再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該任務(wù)的目的是介紹單片機(jī)如何處理兩路輸入信號。從本任務(wù)的設(shè)計可以看出，采取了查詢方式實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集場合。假如要實現(xiàn)更高實時性，應(yīng)采用中斷方式進(jìn)行處理。任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作簡易信號發(fā)生器的工作原理就是單片機(jī)每隔一個時間點產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)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(wù)要求能產(chǎn)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(guī)的D/A芯片均可滿足），并行或者串行接口都可以。任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作信號周期與頻率在信號與系統(tǒng)的分析中，經(jīng)常要用到周期信號。周期信號是一類具有某種周期重復(fù)性的信號，這種重復(fù)性表現(xiàn)在周期信號在某一時刻的函數(shù)值每經(jīng)過一段時間間隔后又將準(zhǔn)確地重復(fù)。使周期信號函數(shù)值重復(fù)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(xù)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(xiàn)出周期性。圖5-10是一個周期信號的示例。任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作D/A轉(zhuǎn)換原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC，它是把數(shù)字電信號轉(zhuǎn)變成模擬電信號的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。數(shù)模轉(zhuǎn)換有兩種轉(zhuǎn)換方式：并行數(shù)模轉(zhuǎn)換和串行數(shù)模轉(zhuǎn)換。任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作D/A轉(zhuǎn)換器的主要特性指標(biāo)包括以下幾方面：分辨率線性度轉(zhuǎn)換精度溫度系數(shù)電源抑制比工作溫度范圍失調(diào)誤差（或稱零點誤差）增益誤差（或稱標(biāo)度誤差）非線性誤差任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作【規(guī)則1】設(shè)計滿足要求的最精簡的系統(tǒng)

【規(guī)則2】使用看門狗

【規(guī)則3】確定系統(tǒng)的復(fù)位信號可靠【規(guī)則4】確定系統(tǒng)的初始化有效【規(guī)則5】上電時對系統(tǒng)進(jìn)行檢測【規(guī)則6】按EMC測試要求設(shè)計硬件【規(guī)則7】在仿真前做好充分的準(zhǔn)備

【規(guī)則8】使用庫函數(shù)

【規(guī)則9】使用const【規(guī)則10】使用static【規(guī)則11】不要忽視編譯器警告【規(guī)則12】深入了解所用的工具【規(guī)則13】不要使用編程語言的冷僻特性任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作任務(wù)介紹知識導(dǎo)入信號周期與頻率D/A轉(zhuǎn)換原理程序開發(fā)原則設(shè)計步驟應(yīng)用測試任務(wù)5.3簡易信號發(fā)生器制作根據(jù)上面的任務(wù)介紹，示例設(shè)計做了如下資源安排：用單片機(jī)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；