51单片机学习笔记——DA转换

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#单片机

这篇博客介绍了DA转换器的分类，包括权电阻网络、倒T形电阻网络和双极性输出D/A转换器，并详细讲解了D/A转换器的主要参数指标。重点探讨了8位D/A转换器DAC0832的特性、引脚详情、时序图及应用实例。此外，还讨论了PWM的概念和占空比，提供了使用定时器制作呼吸灯的例程。

一、DA转换器的分类

权电阻网络D/A转换器

一个多位二进制数中每一位的1所代表的数值大小称为这一位的权。
权电阻网络D/A转换器原理图
对于N位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻为R_f=R/2时，输出电压的计算公式为:
$V0=−VREF2n(dn−12n−1+dn−22n−2+...+d121+d020)=−−VREF2nDnV_{0}=-\frac{V_{REF}}{2^n}(d_{n-1}2^{n-1}+d_{n-2}2^{n-2}+...+d_{1}2^{1}+d_{0}2^{0})=--\frac{V_{REF}}{2^n}D_{n}$
其中，V₀为输出电压，V_REF为参考电压，d为模拟量每位的值，2ⁿ为位权。
权电阻网络D/A转换器的优点：简单。
权电阻网络D/A转换器的缺点：电阻值相差大，难以保证精度，且不宜于集成在IC内部。

倒T形电阻网络D/A转换器

倒T形电阻网络D/A转换器原理图
倒T形电阻网络D/A转换器较为常用，ADC0832就是采用了倒T形电阻网络。
倒T形电阻网络D/A转换器的优点：有较高的转换速度。
倒T形电阻网络D/A转换器的缺点：转换误差较大，转换精度较低。

具有双极性输出的D/A转换器

双极性输出的D/A转换器原理图
通过偏移电流可以获得双极性输出的D/A转换器。

二、D/A转换器主要参数指标

1.分辨率

分辨率为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。
n位的D/A转换器分辨率为：
$分辨率=12n−1分辨率=\frac{1}{2^{n}-1}$

2.误差

与A/D转换器类似，分为非线性误差，绝对精度等。

3.建立时间

指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需要时间。

4.转换速率

大信号工作状态下模拟电压的变化率。

5.温度系数

输入不变时，输出模拟电压与温度的变化量。

三、DAC0832

概况

DAC0832是采用T型解码网络的8位D/A转换器，转换时间为1μs,工作电压为+5V~+15V，共有20个引脚。

1.引脚详情

DAC0832引脚

引脚	名称	解释
1	$CS‾\overline{CS}$	片选信号输入端，低电平有效
2	$WR1‾\overline{WR1}$	输入寄存器的写选通输入端，负脉冲有效
3	AGND	模拟地
4-7	DI3-DI0	数据输入端
8	V_REF	基准电压输入端
9	R_fb	反馈电阻端
10	DGND	数字地
11	I_OUT1	电流输出端,，当输入全为1时Iout1最大
12	I_OUT2	电流输出端，与I_OUT1端电流和为常数
13-16	DI7-DI14	数据输入端
17	$XFER‾\overline{XFER}$	数据传输控制信号输入端，低电平有效
18	$WR2‾\overline{WR2}$	DAC寄存器的写选通输入端，负脉冲有效
19	ILE	数据锁存允许信号输入端，高电平有效
20	V_cc	电源电压端口

2.时序图

DAC0832时序图

3.例程：D/A转换制作呼吸灯

#include <reg52.h>
typedef unsigned int u16;	  
typedef unsigned char u8;

sbit dula=P2^6;	//申明U1锁存器的锁存端
sbit wela=P2^7;	//申明U2锁存器的锁存端
sbit dawr=P3^6;	//定义DA的WR端口
sbit dacs=P3^2;	//定义DA的CS端口
sbit beep=P2^3;	//定义蜂鸣器端口

u8 val = 0,flag = 0;//val为模拟信号值，flag控制灯的呼吸

void DA_Init();	//DA初始化函数
void DA_led();	//DA实现呼吸灯
void delay(u16);//延时函数

void main()
{
	
	DA_Init();
	while(1)
	{
		DA_led();
	}	
}
void DA_Init() //DA初始化函数
{
	dula=0;	
	wela=0;		//打开两个锁存器
	dacs=0;		//打开片选CS
	dawr=0;		//低电平写信号
	P0=0x00;	//初始化使模拟信号值最低
	/*由于是连续读写，所以不需要把CS和WR信号拉高，只需改变数字位*/
	
}
void DA_led() 	//DA实现呼吸灯
{
	if(flag==0)		//flag为0，小灯变亮
	{
		val+=5;		//模拟电压每次加5/255
		P0=val;		//通过P0口给DA数据口赋值
		if(val==255)//如果模拟电压达到最大值
		{
			flag=1;	//由最亮转向最暗
			beep=0;	
			delay(100);
			beep=1;	//蜂鸣器响一次
		}
		delay(50);	//小灯在最亮时亮50ms
	}
	else			//flag为1，小灯变灭
	{
		val-=5;		//模拟电压每次减小5/255
		P0=val;		//通过P0口给DA数据口赋值
		if(val==0)	//如果模拟电压达到最小值
		{
			flag=0; //flag改变，小灯重复
			beep=0;	
			delay(100);
			beep=1; //蜂鸣器响一次
		}
	delay(50);		//小灯在最暗时灭50ms
	}
}
void delay(u16 ms)	//延时函数
{
	u16 i,j;
	for(i=ms;i>0;--)
		for(j=110;j>0;j--);
}

三、PWM

含义

PWM一种以数字方式控制模拟电路的方式。
占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。

转自知乎，图解PWM

例程：定时器制作呼吸灯

#include "reg52.h"		
typedef unsigned int u16;	 
typedef unsigned char u8;

sbit PWM=P2^1;		// P2^1口连接单片机的SCL，也就是时钟线 
bit DIR = 1000;		//bit是位变量,类似bool，不过比bool省内存 此处DIR用来控制LED呼吸 

//--定义一个全局变量--// 
u16 value,time,count;	//value 有效值 time时间 count 用来计时使有效值变化  

void Timer1_Init();	//定时器1初始化函数
void breatheLED();	//该函数输出呼吸信号, 参数是每次呼吸的时间的一半 

void main()
{	
	Timer1_Init();  //定时器1初始化
	while(1)
	{
		breatheLED();		
	}		
}

void Timer1_Init()	//定时器1初始化函数 
{
	TMOD|=0X10;		//选择为定时器1模式，工作方式1，仅用TR1打开启动
	TH1 = 0xff; 
	TL1 = 0xff; 	//计时1us	
	ET1=1;			//打开定时器1中断
	EA=1;			//打开总中断
	TR1=1;			//打开定时器			
}

void breatheLED() 	//该函数输出呼吸信号 
{
	if(count>100)	//每100us使得value变化一次						
	{  
		count=0;	//100us结束，count归零 
		if(DIR==1)	//如果现在是变亮					   
		{
		  value++;	//占空比/有效值增加,灯变亮 
		}			
		if(DIR==0)	//如果现在是变暗 
		{
		  value--;	//占空比/有效值变小 
		}	
	}

	if(value==1000)	//如果有效值/占空比等于一个呼吸周期了 也就是现在亮度最大 
	{
	  DIR=0;		//DIR置0，改为变暗
	}
	if(value==0)	//如果有效值/占空比等于0了 
	{
	  DIR=1;		//DIR置1，改为变亮 
	}	
			
	if(time < value)//PWM，如果在一个1000us周期里，有value的时间，灯亮着的 
	{
		PWM=1;
	}
	else if(time > 1000) //如果 time大于1000us，进行下一周期 
	{
		time = 0;		//time归零，下一个周期开始 
	}
	else				//在1000us里，除了value的时间，灯是灭的 
	{
		PWM=0;
	}
			
}

void Time1(void) interrupt 3    //3 为定时器1的中断号
{
	TH1 = 0xff; 	//重装计时器 
	TL1 = 0xff;   	//1us
	time++; 		//1us，时间增长 
  	count++; 
}