51单片机-第十四节-AD/DA（XPT2046触摸屏）

一、AD/DA介绍：

AD：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：数字-模拟转换，将计算机输出的数字信号转换为模拟信号。

二、运算放大器：

1.介绍：

（1）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。

（2）作用：输入端有两个，作用为放大两个输入端电压的差值，一般倍数设置为无穷大倍。通过外接电阻来控制放大倍数。

（3）运算放大器电路的分析方法：虚短、虚断（负反馈条件下）。（后面介绍原理）

2.常见运放电路：

（1）电压比较器：

当IN+ > IN- ，因为放大无数倍，最大放大到电源电压，此时输出为电源电压。

当IN+ < IN- ，同理输出为GND。

（2）反向放大器：

Vout = - R2/R1 * Vin

因为R2将运放左右相连，且输入接在反相。

当输入为正，输出为负无穷，R2两端有电压差形成电流，平衡两端电压，使输入电压减小直至负，同理输入为负也会输出正无穷产生电压差，不断震荡直到运放两端电压相同为0，形成虚短（正相反相电压相同）。

此时运放左右为断路（虚断），电流只会经过两个电阻，根据串联分压，即得上式。

（3）同向放大器：

Vout = ( 1 + R2/R1 ) * Vin

依然虚短，R1右侧为Vin，根据串联分压，得 Vout。

（4）电压跟随器：

Vout = Vin

作用：运放不仅有放大电压的作用，还能放大功率，提高电压的驱动能力。

三、DA原理：

1.T型电阻网络DA转换器：

V0= - (D7~D0) /256 * [ Vref * Rfb / R ]

右下角运放详见上面反向放大器即可；

从最右侧开始：I0经过的两个2R并联为R，与I1的R串联为2R，随后与I1的2R并联为R。。。。以此类推，最后整个电路的总电阻为R。

电流大小：以I0为1，则 I1 = 2 。。。I=256，为2进制数，随后通过 01 选择开关分流，根据01情况决定输出电压。

2.PWM型DA转换器：

PWM加了两个低通滤波器（两个是为了使滤波效果更好），变为稳定的电压，大小为平均电压。

V0 = （PWM占空比）* Vh（最大电压）

四、AD原理：

逐次逼近型AD转换器：

来了一个未知电压，用DAC产生一个电压，再用比较器比较，如果小了就给大点，大了就给小点。最终产生了一个电压，接近未知的模拟量。

其中，数字量的接近程度，取决于DAC的精度。

逼近过程：通常采用二分法，即先取在 1/2 处，判断大小，再取在 1/4 或 3/4 处，以此类推。放在数字量就是，从高到低，逐位判断大小，要高则1，要低则0，最后得到逼近的数字量。

五、XPT2046触摸屏控制器：

1.介绍：

XPT2046是一个触摸屏控制器，可以将触摸屏的位置，按压力度等模拟信号转换为数字信号，是一个AD转换器，并兼有其他许多功能，这里不作介绍。

我们使用时只需将AD信号，通过数据总线读取出来就好。

2.时序：SPI总线

CS：设备选择，XPT2046同时挂载多个设备，而通信线是共用的，用CS来选择与哪个设备通信。

DCLK：时钟信号，上升沿输入，下降沿输出

DIN：输入数据（对从机而言，主机对从机输入）

DOUT：输出数据，注意后面用0填充，后面要考，0的位数由MODE决定。

DIN控制位介绍：

A2-A0：选择获取什么信息的（温度，光等等），详情见代码。

MODE：决定Dout是几位。

SER/DFR：如果在触摸屏二维平面选差分，这里选单端即可。

六、实战：AD转换（XPT2046）

1.集成：

cpp 复制代码

//XPT2046触摸屏AD转换器
sbit XPT2046_CS = P3 ^ 5;
sbit XPT2046_DCLK = P3 ^ 6;
sbit XPT2046_DIN = P3 ^ 4;
sbit XPT2046_DOUT = P3 ^ 7;

#define XPT2046_XP_8    0x9C //这里是调A2-0的
#define XPT2046_YP_8    0xDC
#define XPT2046_VBAT_8  0xAC
#define XPT2046_AUX_8   0xEC

#define XPT2046_XP_12    0x94
#define XPT2046_YP_12    0xD4
#define XPT2046_VBAT_12  0xA4
#define XPT2046_AUX_12   0xE4

unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command)
{
	unsigned char i;
	unsigned int ADVAlue = 0;
	XPT2046_DCLK = 0;
	XPT2046_CS = 0;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		XPT2046_DIN = Command & (0x80 >> i);
		XPT2046_DCLK = 1;
		XPT2046_DCLK = 0;
	}

	for (i = 0; i < 16; i++)
	{
		XPT2046_DCLK = 1;
		XPT2046_DCLK = 0;
		if (XPT2046_DOUT == 1) { ADVAlue |= (0x8000 >> i); }
	}
	XPT2046_CS = 1;

	if (Command & 0x08)//Command这一位决定用8位还是12位
	{
		return ADVAlue >> 8;//这里右移因为Dout后用0填充
	}
	else 
	{
		return ADVAlue >> 4;
	}
}

2.应用：

cpp 复制代码

unsigned int ADValue = 0;
void main()
{
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1, 1, "ADJ  NTC  RG");
	while (1)
	{
		ADValue = XPT2046_ReadAD(XPT2046_XP_8);
		LCD_ShowNum(2, 1, ADValue, 3);		
		ADValue = XPT2046_ReadAD(XPT2046_XP_8);
		LCD_ShowNum(2, 5, ADValue, 3);		
		ADValue = XPT2046_ReadAD(XPT2046_XP_8);
		LCD_ShowNum(2, 9, ADValue, 3);
		Delay(10);
	}
}

七、实战：DA转换（PWM）

与上篇代码很像，可以参考上一篇理解。

cpp 复制代码

sbit DA = P2 ^ 1;
unsigned char Counter, Compare, i;
void main()
{
	Time0_Init();

	while (1)
	{
		for (i = 0; i < 100; i++)
		{
			Compare = i;
			Delay(10);
		}		
		for (i = 100; i > 0; i--)
		{
			Compare = i;
			Delay(10);
		}
	}
}
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	TH0 = 0x9C;
	TL0 = 0xFF;
	Counter++;
	Counter %= 100;
	if (Counter < Compare)
	{
		DA = 1;
	}
	else
	{
		DA = 0;
	}
}