(十七）51单片机——AD/DA转换

目录

学习目标

成果展示 

硬件知识

介绍

硬件电路模型 

电路

AD

DA

运算放大器

运放电路

电压比较器

反向放大器

同向放大器

电压跟随器

DA原理

T型电阻网络DA转换器

PWM型DA转换器

AD原理

逐次逼近型AD转换器

AD/DA性能指标

XPT2046

时序

代码 

AD 

DA

总结 

---

学习目标

        今天我们需要学习的是AD/DA转换，也就是数字信号与模拟信号之间的转换。模拟信号转换为数字信号我们使用可调电阻、光敏电阻和热敏电阻来实现，在光敏电阻小于100时（较暗），D1灯会自动亮；而数字信号转换为模拟信号我们使用实现DA呼吸灯来展示。

成果展示 

AD

DA

硬件知识

介绍

• AD（Analog to Digital）：模拟-数字转换，将模拟信号转换为计算机可操作的数字信号。
• DA（Digital to Analog）：数字-模拟转换，将计算机输出的数字信号转换为模拟信号。
• AD/DA转换打开了计算机与模拟信号的大门，极大的提高了计算机系统的应用范围，也为模拟信号数字化处理提供了可能。

硬件电路模型 

AD：就是将电压量转换为数字量。

DA：其实有点类似于PWM，最后经过一个低通滤波器，就能实现效果了。

• AD转换通常有多个输入通道，用多路选择开关连接至AD转换器，以实现AD多路复用的目的，提高硬件利用率
• AD/DA与单片机数据传送可使用并口（速度快、原理简单），也可使用串口（接线少、使用方便）
• 可将AD/DA模块直接集成在单片机内，这样直接写入/读出寄存器就可进行AD/DA转换，单片机的IO口可直接复用为AD/DA的通道

电路

AD

        这是一个简单的AD芯片（ADC0809），首先选择模拟开关，之后进行AD转换，再通过缓存器输出，就可以了。

 

DA

        这是一个简单的DA芯片（ADC0832），首先输入数据，通过控制电路控制寄存器，最后通过一个DA转换器输出就成了。

运算放大器

• 运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的放大电路单元。内部集成了差分放大器、电压放大器、功率放大器三级放大电路，是一个性能完备、功能强大的通用放大电路单元，由于其应用十分广泛，现已作为基本的电路元件出现在电路图中
• 运算放大器可构成的电路有：电压比较器、反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、积分器、微分器等
• 运算放大器电路的分析方法：虚短、虚断（负反馈条件下）

 

运放电路

电压比较器

这是电压比较器的作用，当+大于-的时候，输出VCC，当-大于+的时候，输出GDN。

反向放大器

        通过分析虚短和虚段可以得到这个结论。

 

同向放大器

电压跟随器

  

 

DA原理

T型电阻网络DA转换器

 

        这个的具体过程就不做详细介绍，我们只需要知道每个开关相当于每个位，到时候只需要知道哪些开关闭合了就能知道放大了多少倍。 

 

PWM型DA转换器

        这个的作用就是将交流滤掉，变成直流电压。

AD原理

逐次逼近型AD转换器

 逐次逼近型AD转换器的原理就是通过DAC不断变换去和输入的电压进行比较，直到找到一个合适的电压，输出对应数字量就行。

AD/DA性能指标

• 分辨率：指AD/DA数字量的精细程度，通常用位数表示。例如，对于5V电源系统来说，8位的AD可将5V等分为256份，即数字量变化最小一个单位时，模拟量变化5V/256=0.01953125V，所以，8位AD的电压分辨率为0.01953125V，AD/DA的位数越高，分辨率就越高
• 转换速度：表示AD/DA的最大采样/建立频率，通常用转换频率或者转换时间来表示，对于采样/输出高速信号，应注意AD/DA的转换速度

XPT2046

 

时序

        CS作为片选，用来选择不同的设备，然后是DCLK上升沿为发送，下降沿为读出，DOUT是读出的值。

代码 

AD 

// XRT2046.c
#include 
#include "Delay.h"

//引脚定义
sbit XPY2046_DIN=P3^4;
sbit XPY2046_CS=P3^5;
sbit XPY2046_DCLK=P3^6;
sbit XPY2046_DOUT=P3^7;

/**
  * @brief  ZPT2046读取AD值
  * @param  Command 命令字，范围：头文件内定义的宏，结尾的数字表示转换的位数
  * @retval AD转换后的数字量，范围：8位为0~255，12位为0~4095
  */
unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command)
{
	unsigned int ADValue = 0;
	unsigned char i;
	
	XPY2046_DCLK = 0;
	XPY2046_CS = 0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		XPY2046_DIN=Command&(0x80>>i);
		XPY2046_DCLK=1;
		Delay(1);
		XPY2046_DCLK=0;
	}

	for(i=0;i<16;i++)
	{
		XPY2046_DCLK=1;
		Delay(1);
		XPY2046_DCLK=0;
		if(XPY2046_DOUT){ADValue|=(0x8000>>i);}
	}
	XPY2046_CS=1;
	if(Command & 0x08){
	return ADValue>>8;
	}else
	return ADValue>>4;
}

---

// main.c
#include 
#include "LCD1602.h"
#include "Delay.h"
#include "XPT2046.h"

unsigned int ADValue1 = 0,ADValue2 = 0,ADValue3 = 0;

sbit LED = P2^0;

void main(){
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"ADD  NTC  GR");
	while(1){
		ADValue1 = XPT2046_ReadAD(XPT2046_XP_8);//读取AIN0，可调电阻
		LCD_ShowNum(2,1 ,ADValue1,3);
		ADValue2 = XPT2046_ReadAD(XPT2046_YP_8);//读取AIN1，热敏电阻
		LCD_ShowNum(2,6 ,ADValue2,3);
		ADValue3 = XPT2046_ReadAD(XPT2046_VBAT_8);//读取AIN2，光敏电阻
		LCD_ShowNum(2,11 ,ADValue3,3);
		if(ADValue3 < 100){// 光敏电阻小于100（较暗）就发光
			 LED = 0;
		}else{
			 LED = 1;
		}
	}
}

---

DA

//main.c
#include 
#include "Delay.h"
#include "Time0.h"

sbit DA = P2^1;

unsigned char Counter,Compare;//计数值和比较值，用于输出PWM
unsigned char i;

void main(){
	Timer0_Init();
	while(1){
for(i=0;i<90;i++)
		{
			Compare=i;			//设置比较值，改变PWM占空比
			Delay(10);
		}
		for(i=90;i>0;i--)
		{
			Compare=i;			//设置比较值，改变PWM占空比
			Delay(10);
		}
	}
	
}

void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TL0 = 0xAD;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFF;
	Counter++;
	Counter%=90;
	if(Counter < Compare){
		DA = 1;
	}else
	DA = 0;
}

总结 

        本节学习的是DA和AD，其中DA比较重要，而AD一般都能用PWM来实现，希望对大家有所帮助，如果有错误也希望能及时指出，谢谢大家。