C51学习归纳13 --- AD/DA转换

AD/DA转换实现了计算机和模拟信号的连接，扩展了计算机的应用场景，为模拟信号数字化提供了底层支持。

AD转换通常是多个输入通道，使用多路选择器连接到AD开关，实现AD多路复用的目的，提高利用率。

AD/DA转换可以使用串口（快速、简单），串口（线少，方便）。

我们可以将AD/DA模块化，直接集成在单片机中，这样就可以直接写入/读取寄存器实现AD/DA转换。

一、AD/DA原理

本节将会用到AD芯片2046,涉及到SPI时序。XPT芯片，可以直接完成AD转换，我们只需要学会读取寄存器的值就ok。

CS是片选，是否工作。DCLK是时钟，发出规律的波形。DIN，数据输入（主机发送），在DCLK的上升沿输入。DOUT,数据输出（从机接收），在DCLK的下降沿输出。

DA的实现方法1：T型电阻网络DA转换器

通过控制D0~7的值，决定开关的闭合。

DA的实现方法2：PWM型DA转换器

对PWM波进行低通滤波，获取平均值，红棉的电压跟随器是为了让电路具备更强的驱动能力。

AD的实现方法：逐次逼近型AD转换器

IN0~7是8个通道，提高AD模块的利用率，每次用DAC输出一个模拟值和输入的模拟值对比，不断调整，知道二者几乎相等，此时两者的数字信号的值也应该一样，实现了由已知推断未知的功能。

二、AD转换案例 --- 读取热敏、可调、光敏电阻的值

我们先说明为什么这个是AD转换，因为电阻分压是一个连续的值，我们用数字的形式表现此刻的大小，所以是AD转换。

我们用到2046芯片，所以要先使用SPI写时序。

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.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 char i;
	unsigned int Data=0;
	XPY2046_DCLK=0;
	XPY2046_CS=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		XPY2046_DIN=Command&(0x80>>i);
		XPY2046_DCLK=1;
		XPY2046_DCLK=0;
	}
	for(i=0;i<16;i++)
	{
		XPY2046_DCLK=1;
		XPY2046_DCLK=0;
		if(XPY2046_DOUT){Data|=(0x8000>>i);}
	}
	XPY2046_CS=1;
	return Data>>8;
}

一开始直接对引脚定义，方便使用和阅读。我们的任务就是从P3_7读出数据。第一个for循环是写入控制命令，因为是串行，所以每次只能读取一位，我们要循环8次，上升沿读入。第二个for循环，我们要连续读出16位数据，这是SPI规定的，所以我们循环16次，每次下降沿读出一位。最后结束时，停用芯片。为什么将最后的数据右移8位？因为如果我们在设置Command的时候设置为8位模式，16的后8位将用0填充，所以我们要右移8位。

Command的值的设置，需要参考手册。

#ifndef __XPT2046_H__
#define __XPT2046_H__

#define XPT2046_VBAT	0xAC
#define XPT2046_AUX		0xEC
#define XPT2046_XP		0x9C	//0xBC
#define XPT2046_YP		0xDC

unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command);

#endif

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "XPT2046.h"

unsigned int ADValue;

void main(void)
{
	LCD_Init();
	LCD_ShowString(1,1,"ADJ  NTC  GR");
	while(1)
	{
		ADValue=XPT2046_ReadAD(XPT2046_XP);		//读取AIN0，可调电阻
		LCD_ShowNum(2,1,ADValue,3);				//显示AIN0
		ADValue=XPT2046_ReadAD(XPT2046_YP);		//读取AIN1，热敏电阻
		LCD_ShowNum(2,6,ADValue,3);				//显示AIN1
		ADValue=XPT2046_ReadAD(XPT2046_VBAT);	//读取AIN2，光敏电阻
		LCD_ShowNum(2,11,ADValue,3);			//显示AIN2
		Delay(100);
	}
}

三、DA转换案例 --- 实现呼吸灯效果

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "Timer0.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<100;i++)
		{
			Compare=i;			//设置比较值，改变PWM占空比
			Delay(10);
		}
		for(i=100;i>0;i--)
		{
			Compare=i;			//设置比较值，改变PWM占空比
			Delay(10);
		}
	}
}

void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	TL0 = 0x9C;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	Counter++;
	Counter%=100;	//计数值变化范围限制在0~99
	if(Counter<Compare)	//计数值小于比较值
	{
		DA=1;		//输出1
	}
	else				//计数值大于比较值
	{
		DA=0;		//输出0
	}
}

对DAC模块的端口P2_1直接输入，我们的数字信号，PWM，经过低通滤波，获得平均值得到了我们最终的模拟输出。

实现呼吸灯效果。