51单片机学习笔记（清翔版）（21）——ADDA数模转换

A：anolog模拟的         D：digital数字的

 

AD模拟转数字，DA数字转模拟

生活中的基本都是模拟量，如温度，可以是10℃，10.1℃等

手机的背光亮度自动调节，拿到太阳光下，亮度会增亮，拿到暗的地方光线会减暗，是因为，手机上有一个感光头，采集环境光的亮度，采集到的的是模拟量，经过内部的AD转换器，把模拟量转换成数字量给CPU，CPU通过亮度值再输出一个数字量，输出的数字量再转换为模拟量去控制背光屏的电压，手机后面有一个背光板，手机液晶屏自身是不发光的，为什么能看到字？是因为手机屏上有背光，很多LED灯组成的还有背光板导光片等，LED灯的亮度决定了屏幕的亮度，光线强的时候，要把亮度调高，先通过感光元件返回的模拟量，转化为数字量，通过这个数字量控制LED背光亮度，背光亮度是一个电压，电压大，会变亮，就是把数字量又输出出去，控制灯的亮度。

所以手机自动调节用了AD和DA。还有重力感应、打电话时靠近面部息屏等等，以及烟雾传感器，压力传感器等。

光线不充足下，发出声音，灯会被打开，在下面有孔的铁罩内，有一个咪头(咪头，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是和喇叭正好相反的一个器件(电→声)。是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出。)模块，能检测到震动或声音，这些都是模拟量，通过这个模块，通过内部的电路，把模拟量转换为数字量，去控制灯的开关，同时在红罩内，内有光敏电阻，开发板上也有，当光线充足，无论发出多大声音，灯是不会亮的，只有光线暗，发出声响，才会亮。它就是靠这声音检测和光线检测结合来控制的。

我们开发板也有AD和DA，我们也可以模拟手机背光，控制LED亮暗。

初学了解技术指标就好，以后设计产品的时候就需要关注ADDA性能了，不同应用场合使用不同的AD。

假设从1变到2，两个相邻数码，那电压需要变化多大呢？假设电压从0.1V变到0.2V，数码就可以从1到2了，如果从0.1边到0.19V，数字量还是1，这就是说之间有0.1V的变化量，有的AD变化0.05V就可以检测到，这就是分辨率，分辨率越高，电压发生一个很小的变化都能识别到。

再例如图中例子，满量程10V，是说能采集的最大电压为10V，从0到10V间发生任何变化，只要在分辨率以内，都可以用一个数字量表示出来，通过这个数字量，通过计算，我们就能知道电压变化了多少。12位的ADC，电压每变化2.4mV，它的数字量就会变化一位。如果是2.4mV，数字量是1，通过这个1，就知道电压是2.4mV，若电压为4.8mV，那么数字量是2，如果变到5.9mV，那么数字量还是2，因为变化量小于2.4mV，所以不会识别到，这就是分辨率的问题。

例如称黄金的称就需要分辨率很高的，每发生几毫克的变化我都需要知道，因为1g几百块是很贵的，所以如果我们要设计一个电子秤，它的用途是称首饰珠宝的，就需要分辨率高的，如果是批发蔬菜的，那么分辨率就可以低些，少那几克也没事，因为AD分辨率越高价格越贵。我们开发板上AD是八位的。满量程是5V。可以算出没变化，0.01953125V就可以检测到。

比如你模拟量能变到0.0000几，小数点后好几位，但数字量就不能做到，因为硬件的局限性。

从左面的图就可以看出，模拟电压从0到1LSB(最小变化量)，数字电压始终是0。

 

偏移误差的图就是上一个图的右边的图像。

上述两个误差都是AD内部的误差，生产工艺决定的，价格不同，误差也不同，价格越贵，误差越低，精度越高。当然也不是价格越高越好，要看用到什么场合。总不能称白菜的称拿一个做导弹的高速AD去做，一个AD就几百块，还需要外部晶振，做出来卖给谁去。

 

线性度

我们开发板用的是第二种逐次逼近式。

里面有DA转换器、N位寄存器、控制器、比较器、D0~D7数据输出、VIN数据模拟量输出、VREF参考电压。

例如我们开发板，参考电压是5V，八位，首先把8位最高位置1，其它为0，那么参考电压就取了一半，VREF/2，拿到VN这里与VIN比较，假设模拟输入电压是3.75V(要将他转换为数字量)，如果模拟输入大，那么比较器会输出1，保存到移位寄存器，然后把次高位置1(就是又取了剩下的2.5V的一半，也就是1.25V)，加上前面你的2.5V，就是3.7V5，然后比较器还是输出1，下一次又把下一位也置1，这时肯定模拟输入电压小，比较器就输出0，然后再加一个1，比较器又输出一个0，直到8位，然后就把这个N位寄存器的数字量输出出去，输出到锁存缓冲器，然后输出。

 

---

 DA：把数字量转换成模拟量

内部采用电阻分压的方式，输出一个数字量，内部有多个开关，控制从哪一个通路走，从不同通路走，通过分压后，电压不一样。

可以输出0~5V的电压。而AD可以检测0~5V的输入电压。

---

 

我们用的5516光敏电阻。

通过光敏电阻就能采集到的环境光的亮度，在通过AD，电阻分压的方式，只要电阻值变小，电压就会发生变化。

开发板上也是NTC热敏电阻，比较常用。

音量调节就是用的电位器。

4个模拟输入，就是4个AD，1个输出，即DA。用的I²C总线。

三个地址引脚，和前面的AD24C02，即EEPROM很像，就是在总线上最多运行挂几个，2的3次方=8个。不需要额外的硬件就可以配置它的地址。

自动增量通道，即检测完1通道自动增到2通道进行检测。

量化电压的时候要根据参考电压来，接的是5V，所以最多识别0~5V。

EXT时钟输入选择，配置为内部或者外部，我们配置为内部。

1(通道0)：模拟输入0，接了光敏电阻到地，中间接了4.7k电阻到VCC，通过分压的方式。

　　

当光敏电阻阻值越大，模拟输入电压就越大，电阻越小，电压就越小，例如如果拿到强光下时电阻变为0.3k，分压后，模拟输入为0.3V，若光线弱，电阻为4.7k，那么模拟输入为2.5V。有点人会说为什么分压而不直接把光敏和电源还有地连接？当光敏为0.3k时，电流就很大了，功率浪费了很多，而且很多器件承受不了这么大电流，而且光线再强，若为0，那么等于直接电源接地了，输入为5V，发热更严重。而若有4.7k电阻，当光敏为0Ω，电流也才1.06..A，功率就很小了。所以采集电压一般用分压的方式。

2(通道1)：热敏，也是采用这种分压方式。

3(通道2)：接了10k电位器。

4(通道3)：排针引出去。如果要接一些外部器件，有些同学买些模块，模块上除了VCC和GND，还有一个叫DO(数字输出脚)，AO(模拟输出脚)，DO随便接一个IO口就可以，可以检测到数字量的变化，AO可以用杜邦线接到AIN3这里了。

AOUT数字量转模拟量的输出，

有一个跳线帽，如果把它拔掉，模拟输出可以接到别的地方去，比如我要用一个3.3V电源，我就可以给一个数字量让他输出3.3V电源，通过J6上那个1脚输出到别的地方。

只要功耗不大，都可以采用这种方式。

默认时，AOUT是通过300Ω电阻接到DA指示灯上，数字量变化，输出的模拟电压变化，灯的亮度就不同。

有时候，你采集来的值，8位的，最大256，实际表示0~255，你给他5V，可能不是255，参考电压接了VCC，可能不是标准的5V，有时候你电脑输出5V，但是板子上有用电设备，电压会拉低一点，如4.95等。

A2~A0我们都接了0，所以地址就是0x90+读写位

 alldata下载数据手册，或百度找中文。

第二位，模拟输出使能标志脚，如果允许模拟输出要置1。其它为0，那么就是0100 0000

先发地址0x90，再发0x40，就是模拟输出，再发送数字量，就会输出相应的模拟电压。

第3、4位，设置输出方式，单端输入，差分输入。

我们开发板就是采用单端输入，光敏、热敏和AD芯片就很短。我们那些输入信号都接了开发板的地。

差分输入用于长距离传输。

第3、4位为00就是单端输入。

第6位为自动增量标志位，置1，通道自动增量检测，检测完1就检测2...

最后两位是通道选择位，00位0通道，01为1通道，10为2通道，11为3通道。

之后开始编程，逻辑是：起始信号，发送8591地址+读写方向，控制信号(DA输出还是单端输入)，做输入之后就读DA的值，做DA输出，发一个数字量，让他转为模拟量输出。