『51单片机』AD/DA

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🏅创作时间 2022年7月21日

AD/DA介绍

🍹AD(Analog to Digtal):模拟⇢数字转换，将模拟信号转换位计算机可以操作的数字信号。

注－在单片机的数字信号是只有0v～5v的两种状态。如果我们输入的是2.5v的话那么是高电平还是低电平呢？所以在这里我们要读它就需要用到AD转换器把模拟信号像在这里我们所说的2.5v转换成数字存储在我们的空间当中。

🍎拓展知识点⇢有的时候我们也会把AD叫做是ADC的。

🍸DA(Digital to Analog):数字⇢模拟转换，将计算机输出的数字信号转换成模拟信号。比如:我们的单片机是只能输出高电平或者是低电平(0v和5v)那么我怎么样才能输出1v2v3v4v呢？所以我们就需要把数字信号转换成模拟信号。

AD:电压变成数据
DA:数据变成电压

🥃AD/DA转换打开了计算机与模拟信号的大门(因为计算机全部都是数字信号)于是有了这个的话就相当于我们可以处理模拟信号了。极大的提高了计算机系统的应用范围(通过AD/DA的转换)也为模拟信号数字化提供了可能。

模拟信号与数字信号的定义

模拟→幅值随时间的变化连续变化。

数字→幅值和时间都是离散的信号。

拓展知识点如下👇

⒈实际上模拟信号在生活当中还是比较常见的(比如:人说话的声音就是随着时间连续变化的以及温度 湿度 流量这些信号都是不能在某一个时间点上产生突变，所以说这些信号它都是连续变化的)

⒉在数字信号当中提到一个词叫做离散我们可以理解成这个离散和连续是相对的。连续是在时间上是连续变化，离散就是在时间上是不连续变化的。比如说:方波它就是属于离散信号也是数字信号。数字信号在生活当中也是非常常见的比方一个品牌要统计当季度的销量，NBA选手在篮球上投篮的分数这些都是属于是数字信号。

(一)模拟信号特点:(缺点) 保密性差&传输信号的过程当中容易收到干扰(优点)没有转换误差，实际上转换误差是相对于在数字信号来说，比如人在说话的声音是模拟信号那么我是可以给它转换成数字信号的。注:在转化的时候可以会损失一些误差。

(二)数字信号特点:脉冲信号像数字电路当中的方波以及PWM(脉宽可调的信号)

硬件电路模型

⒈AD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。

⒉AD/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)

⒊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。

注⇢实际在使用上AD用的是比较多的，而DA用的是比较少的。为什么DA用的比较少呢？原因是因为PWM在很大的层度上它是DA的(PWM在一定层度上就是DA的另一种形式)

硬件电路

第⒊幅图当中是我们AD模拟⇢数字的转换芯片。

第⒋幅图当中是我们DA数字⇢模拟的转换芯片。

第⒊⒋这两个芯片都是非常经典的芯片，当然这两个芯片比较老接线比较难接。

第⒉幅图当中是新开发的一个简单的芯片(AD/DA)芯片这个PCF8591在其它的电路当中或者是开发板当中也是非常常用的一种。它是一种IIC总线的看它芯片的引脚想必大家也能够看的出来。我们用IIC总线把数据写入以及读出就可以实现AD和DA的这个功能了。

第⒈幅图当中是我们开发板上的一个原理图一个是AD另一个是DA。

ADC0809

我们先来简单了解下第⒊幅图当种的芯片ADC0809的原理。

首先输入的⑧个通道进入8路模拟开关相当于这8路通道可以进入通道选择1路到这个AD转换过来。然后，这个模拟开关选择是通过地址锁存与译码进行控制的。AD上面的三个引脚就是用来控制的(START-开始AD转换、EOC-转换结束、CLOCK-时钟信号)就可以把我们这个输入的电压转换为一定的信号通过锁存器输出缓存。最后通过OE进行输出使能把这个⑧位的数据给它输出出去。所以到时候我们分析电路的话分析A/D转换它的内部是怎么样把这个一个电压信号转换为⑧位的这个数字信号呢？

AD原理

逐次逼近型AD转换器

这里DAC的作用实际上是首先我有一个信号但是我不知道它是多少的电压值，然后我们可以使用DAC来进行输出一个电压和未知的电压进行比较。如果这个未知的电压更大的话我们就把DAC的输出电压提高，如果这个未知电压小的话那么就把DAC输出电压减小点。最终让这两个电压接近相等，那么这个已知的数字量就可以相当于表示未知的数字量。间接的就把未知的数字量转换成为了已知的数字量。

输出数字量:(D0~D7)=(VIN/VREF)x256
..... 结果取整

如果VREF是5v的话(假设都在5v的系统内)那么VIN就会是5v的一个比例关系。

比如我们VIN输入是2.5v的话除以5v的话相当于是参考电压的一半×256=128。

那么这里128相当于是2.5v的量化值数字量，这不就是模拟量转换到数字量了吗😛

如果VIN是1v的话同理的。这里可以跟二进制和十进制的关系还是比较大的权位关系。

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 － 功能说明

这个是开发板上AD的芯片。

XPT2046 － 时序说明

🍎在上述的时序是SPI的通信。

CS(非):片选(片选信号一般是在划分地址空间时，由逻辑电路产生的)

DCLK(串行时钟)

DIN(数据输入)

DOUT(数据输出)

以上就是SPI基本的信号线，它们是可以公用的可以挂载多个设备。