单片机 AD/DA数模转换

• 模拟量：自然界连续变化的物理量。所谓连续，包含两个方面的含义；

  一方面从时间上来说，它是随时间连续变化的；
  另一方面从数值上来说，它的数值也是连续变化的。这种连续变化的物理量通常称为模拟量。

• 数字量：计算机中处理的是不连续变化的量，离散性的数字量。

• D/A 数模转换器 (Digital - Analog Convert)

• A/D 模拟转换器(Analog - Digital Convert)

A/D转换器的主要技术指标

1、分辨率
ADC的分辨率是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者说分辨率为满刻度FS的1/2^12。

一个10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变化最小值是10V×1/2^12=2.4mV。
2、量化误差
ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。

3、偏移误差
偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。
４、满刻度误差
满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。
5、线性度
线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。
6、绝对精度
在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于ADC而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。
7、转换速率
ADC的转换速率是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。
A/D转换器的转速速度主要取决于转换电路的类型，不同类型的A/D转换器的转换速度相差很大。

• 双积分A/D转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右；
• 逐次逼近式A/D转换器的转换速度最快，需十几微秒；
• 并行比较型A/D转换器的转换速度最快，仅需几十纳秒。

逐次逼近式ADC的转换原理

逐次逼近式AD转换器与计数式A/D转换类似，只是数字量由“逐次逼近寄存器SAR”产生。SAR使用“对分搜索法”产生数字量，以8位数字量为例，SAR首先产生8位数字量的一半，即10000000B,试探模拟量Vi的大小，若Vn>Vi，清除最高位，若Vn

PCF8591的介绍

PCF8591 是单电源，低功耗8 位CMOS 数据采集器件，具有4 个模拟输入、一个输出和一个串行I2C 总线接口。3 个地址引脚A0、A1 和A2 用于编程硬件地址，允许将最多8 个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。PCF8591由于其使用的简单方便和集成度高，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。
特点：

• 单电源供电
• 工作电压：2.5 V ~ 6 V
• I2C总线串行输入/输出
• 通过3个硬件地址引脚编址
• 采样速率取决于 I2C 总线传输速率决定
• 4个模拟输入可编程为单端或差分输入
• 自动增量通道选择
• 8位逐次比较型A/D 转换
  

管脚定义：

AIN0~AIN3：模拟量输入通道
AOUT：模拟输出通道
A0~A2：硬件设备地址
VDD：电源正极
VSS：电源负极
VREF：参考电压输入。
EXT：振荡器输入时，内部/外部的切换开关。
OSC：振荡器输入/输出。
SCL：I2C BUS时钟输入。
SDA：I2C BUS 数据输入/输出。
AGND：模拟地，模拟信号和基准电源的参考地

控制字格式

最高位默认为０

第６位是选择是否允许模拟电压输出，在ＤＡ转换时设置为1,AD转换时设置为0或1均可

第5/4位是选择模拟电压输出方式，一般选择００单端输入方式，其他的几种方式如下图所示

第３位默认为０

第２位是自动增量使能位，如果自动增量（auto-increment）标志置1，每次A/D 转换后通道号将自动增加。

第１／０为是在ＡＤ转换时选择哪一个通道输入的电压转换为数字量.

PCF8591的器件地址

每一个IIC器件都有一个器件地址，来区分不同的ＩＩＣ设备，下面是ＰＣＦ８５９１的地址


它的地址是由１００１和Ａ２Ａ１Ａ０组成的，在原理图中可以看出，Ａ２Ａ１Ａ０均为0,所以器件地址为0x90/0x91，最后一位是读写方向位，０表示下一个字节往总线上写数据，１表示下一个字节从总线上读取数据．