《微機原理及應用》課程自主學習報告

1、微機原理及應用課程自主學習報告一、單片機與 D/A 轉(zhuǎn)換器組成波形發(fā)生器 單片機處理的是數(shù)字量。然而，在單片機的實時控制和智能儀表等應用系統(tǒng) 中，被控制量或被測對象的有關參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量， 如溫度、 壓 力、流量等物理量。這些模擬量必須轉(zhuǎn)化成數(shù)字量后才能輸入到計算機進行處理。 計算機處理的結(jié)果也常常需要轉(zhuǎn)化成模擬信號， 驅(qū)動相應的執(zhí)行機構(gòu)， 實現(xiàn)對被 控對象的控制。 如果輸入是非電量的模擬信號， 還需通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號并 加以放大。這時就需要解決單片機的 D/A、A/D 的接口技術問題。本次，就 D/A 轉(zhuǎn)換器原理及簡單應用進行了學習。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱為數(shù)/ 模轉(zhuǎn)

2、換（ Digit to Analog ，D/A），實現(xiàn) D/A轉(zhuǎn)換的設備稱為 D/A轉(zhuǎn)換器或 DAC。1.1 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術指標（ 1） 分辨率 分辨率表示對輸入的最小數(shù)字量信號的分辨能力，即當輸入數(shù)字量 最低位（ LSB）發(fā)生一次變化時，所對應輸出模擬量的變化量。它與輸入 數(shù)字量的位數(shù)有關。 通常定義刻度值與 之比。例如，如果滿量程為 5V，設 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換，分辨率為 5/ =19.5mV，即二進制變化一位可引起模擬 電壓變化 19.5mV。位數(shù)越多分辨率就越高。分辨率也可用百分比表示， 如 8 位 DAC的百分比分辨率為 0.4%。（2）建立時間 建立時間是描述轉(zhuǎn)換速度快

3、慢的一個重要參數(shù)，是 D/A 轉(zhuǎn)換器輸入 數(shù)字量為滿刻度值（各二進制各位全為 1）時，從輸入信號到模擬量電 壓輸出達到滿刻度值或滿刻度值的某一百分比 （如 99%）所需的時間 （也 可表述為：從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出達到最終值并穩(wěn)定（終值誤 差 1/2LSB）所需的時間。電流型快（幾百 ns幾 s），電壓型慢。例： DAC0808建立時間約 150ns，DAC0832為 1us。），也可稱之為 D/A 轉(zhuǎn)換速 度。（3）轉(zhuǎn)換精度精度參數(shù)用于描述 D/A 轉(zhuǎn)換的精度程度，一般用誤差大小表示。通 常以滿刻度電壓（滿量程電壓） VFS 的百分數(shù)形式給出。例如，精度為 0.1%指的是最大誤差為 V

4、FS的 0.1%，若 VFS為 10V，則最大誤差為 10mV。精度不等于分辨率。（4）線性度 線性度（也稱非線性誤差）是實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之 間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分數(shù)表示。如是指實際輸 出值與理論值之差在滿刻度的以內(nèi)。1.2 典型 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832（1） DAC0832簡介DAC0832, 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，可直接與單片 機接口。以電流形式輸出，可外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有 DAC0830、 DAC0831 ，它們可以相互代換。DAC0832主要特性：? 分辨率位；? 電流輸出，穩(wěn)定時間為 S；? 輸出電流線性度可在

5、滿量程下調(diào)節(jié)；? 可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入；? 邏輯電平輸入與 TTL 電平兼容；? 單一電源供電（ 5V 15V）；? 低功耗， 20m。（2） DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)邏輯功能：3）DAC0832應用單極性電壓輸出 由運算放大器進行電流到的電壓轉(zhuǎn)換，使用內(nèi)部反饋電阻。輸出電 壓值 VOUT和輸入數(shù)字量 D的關系：VOUT = VREF D/256D = 0 255， VOUT = 0 VREF 255/256VREF = 5V， VOUT = 0 + （ 255/256 ）VVREF = +5V， VOUT = 0 （255/256 ）V雙極性輸出 如果實際應用系統(tǒng)中要求輸出

6、模擬電壓為雙極性，則需用轉(zhuǎn)換電路 實現(xiàn)。其中 R2=R3=2R1VOUT= 2VREFD/256 VREF= （2D/2561）VREFD = 0， VOUT= VREF；D = 128 ， VOUT= 0；D = 255， VOUT= （2255/256 1） VREF= （254/255）VREF 即：輸入數(shù)字為 0255時，輸出電壓在 VREF + VREF之間變化。 程控電壓放大器1.3 DAC8080原理及應用 DAC0808引腳功能DAC0808是 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換集成芯片，電流輸出，穩(wěn)定時間為 150ns, 驅(qū)動電壓 5V,33mW。DAC0808可以直接和 TTL,DTL 和 C

7、MOS邏輯電平相兼 容。引腳功能A1A8:8 位并行數(shù)據(jù)輸入端（ A1為最高位， A8 為最低位）VREF（）: 正向參考電壓（需要加電阻）VREF（） ：負向參考電壓，接地IOUT:電流輸出端VEE:負電壓輸入端COM：Pcompensation（補償），補償端，與 VEE之間接電容（R14=5k時，(R14為 14 引腳的外接電阻 )，一般為 0.1uF，電容必須隨著 R14的增加 而適當增加)GND：接地端， VCC：電源端，在 proteus 中都已隱藏。 DAC0808典型電路如下圖所示,VEE接-5V電壓， COMP端與VEE之間接 0.1uF電容， VREF(+)通過 5K電阻接

8、 +5V電源， VREF(-)接地。輸出端 IOUT連接運算 放大器反向輸入端。運算放大器同相輸入端接地。方形波的產(chǎn)生：Proteus 仿真運行后示波器界面：C程序如下：誤差 0us#include void Delay10ms(void) / unsigned char a,b,c; for(c=1;c0;c-) for(b=38;b0;b-) for(a=130;a0;a-);void main(void)while(1)P2=0x00;Delay10ms();P2=0xff;Delay10ms();、單片機與 DS18B20接口2.1 單總線( 1-Wire )簡介1-Wire 是美國

9、Dallas 公司的一項專有技術，它使用一根導線進行信號 雙向傳輸，具有接口簡單、容易擴展等優(yōu)點。所有的 1-Wir 總線器件都具有 一個共同的特征；無論是芯片內(nèi)還是 iButton 內(nèi)，在出廠時每個器件都有一 個與其它任何器件互不重復的固定的序列號。也就是說，每一個器件都是唯 一的。一旦器件的序列號已知，通過這個序列號，任意一個器件都可以從眾 多連到同 1-Wire 總線的器件中被選出用于通信。2.2 DS18B20 簡介DS18B20是美國 Dallas 公司推出的數(shù)字溫度傳感器。它將溫度傳感器、 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路集成到了一起，外形如同一只三極管。2.2.1 DS18B20 的主要特性1) 適

10、合電壓范圍寬 :3.0 5.5V, 在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。2) 獨特的單線借口方式： DS18B20與微處理器連接時僅需一條信號 線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通信。3) 測溫范圍： -55 +125，在 -10+85時精度為 0.5 .4) 可實現(xiàn) 912 位分辨率的編程，對應可分辨溫度分別為 0.5 、 0.25 、0.125 和 0.0625 ，可實現(xiàn)高精度測溫。 在 9 位分辨率時 最多在 93.75ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)化成數(shù)字，在 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)化成數(shù)字。5) 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在一條 DQ線上，實 現(xiàn)“一

11、線制” 單主機多主機分布式溫度采集系統(tǒng)， DS18B20依靠各 自的序列號采用分時方式與主控器點對點通訊。6) 負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能 正常工作。2.2.2 DS18B20 的封裝和引腳引腳功能定義如下DQ:數(shù)據(jù)輸入輸出，可直接與單片機的 I/O 口相連。：+5V電源電壓GND：電源地。2.2.3 DS18B20 工作原理 1）測溫原理圖：圖中低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻 率的脈沖信號送給計數(shù)器 1. 高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩率明顯 改變，所產(chǎn)生的的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存 器被預置在 -55 所對

12、應的的一個基數(shù)值。 計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn) 生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時，溫度寄存 器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預置值將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2 技術到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測 溫度。圖 3 中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸 出用于修正計數(shù)器 1 的預置值。2）操作流程1、復位2、存在脈沖3、控制器發(fā)送 ROM指令4、控制器發(fā)送存儲器操作指令5、執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫復位時序圖讀時序圖在 PROTEU仿S 真軟件中實現(xiàn)單片機和 DS1

13、8B20的接口 硬件圖：C源程序：#includereg51.h#includeintrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define out P0sbit smg1=out4;sbit smg2=out5;sbit DQ=P37;void delay5(uchar);void init_ds18b20(void);uchar readbyte(void);void writebyte(uchar);uchar retemp(void);void main(void) / 主函數(shù)uchar i,temp;ucha

14、r j; /delay5 循環(huán)次數(shù)控制變量，用于較長時延 for(j=0;j10;j+)delay5(100);while(1)temp=retemp();for(i=0;i10;i+) / 連續(xù)掃描數(shù)碼管 10 次 out=(temp/10)&0x0f; smg1=0; smg2=1;for(j=0;j10;j+) / 延時 5mS delay5(100);out=(temp%10)&0x0f;smg1=1;smg2=0;for(j=0;j0;i-)DQ=0; delay5(1);DQ=1; /15us date=1;if(DQ) date|=0x80; delay5(11);return(

15、date);void writebyte(uchar dat)uchar i=0; for(i=8;i0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01; / delay5(12); / DQ=1;dat=1; delay5(5);uchar retemp(void) /函數(shù)： DS18B20初始化/ 讀取 1 字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)拉釋放總線/ 函數(shù)：寫 1 字節(jié)寫 1 ，在 15us 內(nèi)拉低寫 0 ，拉低 60us函數(shù)：讀取溫度uchar a,b,tt;uint t;init_ds18b20(); writebyte(0xCC); writebyte(0x44);init_ds18b20(); writeby

16、te(0xCC); writebyte(0xBE); a=readbyte(); b=readbyte(); t=b;t=8;t=t|a;tt=t*0.0625; return(tt);三、心得與反思首先，本人覺得單片機原理及其應用這門課程有點難，專業(yè)術語太多了，看 起來、聽起來都很陌生，不太容易理解。但慢慢發(fā)現(xiàn)這門課非常有趣，實用性非 常強，我認為這門課和 C語言程序設計是所學課程中最具有實用價值的課程。 老師上課也挺好的， 上課時可根據(jù)李老師圖文并茂的 PPT上機實踐，但是不同人 的理解能力各不相同， 老師講的理論知識我總是稀里糊涂的， 一講到某個知識點 我就會反問自己 “為什么？”，雖然

17、老師解釋了， 但是還是不太懂 老師是不 是可以用更加通俗易懂的語言文字來教學呢？單片機的學習其實是非常有意思 的，我感覺課時安排還是比較少， 單片機的概念剛建立起課程就結(jié)束了， 實驗課 也就只有幾次，有點遺憾。這也體現(xiàn)了大學學習的真諦：自主學習為主，老師傳 道授業(yè)解惑為輔！“書讀百遍，其義自見” ，平時還是應該多看看單片機原理書， 掃掃冒，書看的多了，自然而然就慢慢理解了。最后留下一句話勉勵自己：越有 差距，越要努力；越有困惑，越得看書！參考文獻單片機原理與應用及 C51編程技術高雪芹機械工業(yè)出版社 上課用教材及 PPT勵志故事給予有個老木匠準備退休，他告訴老板， 說要離開建筑行業(yè)， 回家與妻子兒女享受天倫之樂。老板舍不得他的好工人走， 問他是否能幫忙再建一座房子， 老木匠說可以。 但是大家后來都看得出來，他的心已不在工作上，他用的是軟料，出的是粗活。房子建好的時候，老板把大門 的鑰匙遞給他。 這是你的房子， 他說， 我送給你