35. AD_DA
- 35.1. AD/DA介绍
•AD（Analog to Digital）：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（Digital to Analog）：数字-模拟转换，将计算机输出的数字信号转换为模拟信号
•AD/DA转换打开了计算机与模拟信号的大门，极大的提高了计算机系统的应用范围，也为模拟信号数字化处理提供了可能
下图：光敏电阻，热敏电阻NTC，麦克风（驻极体话筒），扬声器（DA）
- 35.2. 硬件电路模型
•AD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
AD一般转换电压，一般正比关系05V等同数字量0255数值（8位），
•AD/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）（串口使用类似I2C传送）
•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（DA一般没有多路输出，例如PWM实现类似DA的功能）
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35.3. 硬件电路
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上图开发板上原理电路，右图PWM
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上图ADC0809芯片和DAC0832芯片图
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ADC0809介绍：START开始转换，EOC结束转换，CLOCK时钟信号，OE输出使能，ADDA~ADDC对应8路IN输入选择，A/D转换（内部核心转换电路）
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DAC0832介绍：D0~D7是8位数字输入，8位输入寄存器+8位DAC寄存器构成多路输入；
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35.4. 运算放大器
•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中
（一般三极管放大电路搭建麻烦，工作点很难稳定，没有什么驱动能力，带负载后压降很厉害，很复杂，运放作为通用模块）
（运放的特点，输入电阻很大，输出端有输出能力，内部放大倍数认为无穷大）
•运算放大器可构成的电路有：电压比较器、反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、积分器、微分器等
•运算放大器电路的分析方法：虚短、虚断（负反馈条件下）
（右侧LM358运放单元）
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35.5. 运放电路
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电压比较器：开环情况下使用，IN+>IN-则OUT=VCC，反之OUT=GND；因为放大的是输入的差值，利用放大倍数无穷大作为电压比较器；
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反向放大器：放大倍数用R2与R1调整，例如输入V=0.1V进入放大器负，此时输出也为放大后的V-负值电压，反馈到输入端将原先0.1V拉低到零以下，此时放大器输出为放大后的V+正直电压。。。反复上述过程进入稳态输出为0.(用虚短原理，放大器输入正负都是接地，反向输入电阻无穷大没有电流流入，则VIN/R1+VOUT/R2=0,在放大器负极入口位置电流为0，由此得出VOUT=-(R2/R1)XVIN,反向放大，如果需要输出负的电压，就需要接正负双电源，如+12V/-12V， )
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35.6. 运放电路
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同向放大器：虚短的时候放大器的正极和负极短路，续断的情况放大器负极电流输入为0，则有放大器负极端对地的电流为VIN/R1，此电流与流过R2电流相同，则VOUT=VIN+VIN(R2/R1)=(1+R2/R1)XVIN，且为同向放大器，无需双电源；
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电压跟随器：放大倍数为1，但有功率驱动的能力，VOUT=VIN，是同向放大器R1=无穷大的情况。
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35.7. DA原理
•T型电阻网络DA转换器：
- DA转换具体电路
- 右侧放大器正极接地，根据虚短原理，V负=V正=GND，防止对放大器之前的电路产生影响；
- 上述原理图中最右侧两个2R的电阻为并联，并联后的阻值为R，再与I1流过的R串联，再与I1向下流入的2R并联后再与I2向右流过的R串联。。。经过计算最终I=Vref/R，但是I1=2xI0，I2=2xI1=4I0。。。最终I=2xI7=256xI0，实现对电流的类似2进制位权；
- 当2R下面的开关拨到0位置的时候，I接地，VO=0，相应2R下面开关置1的时候，相应位置的电流流向放大器反向输入端，结合Rfb构成反向放大电路，流入的电路I01为上述电阻开关置1后的电流值的汇总累加，实现类似256级电流值
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上述公式需要加负号，反向放大电路；
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35.8. DA原理
•PWM型DA转换器：
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PWM信号：过R1与C1（低通滤波器），上图2阶低通滤波器，低通滤波器去除电路中的交流信号就只有直流信号了；
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35.9. AD原理
- AD基本原理是用一个已知的电压和未知的电压（需要模拟的模拟量）进行比较，无限接近这个未知电压；
- AD逐次逼近的原理，每次取1/2,缩小范围；例如，对5V电压进行256位细分，则2.5V电压对应128，对应2进制1000 0000， 再比较电压如果比2.5V小，再对2.5V进行细分64，对应2进制0100 0000，如此反复从高到底确定输出的D，判断8次；就是逐次逼近的方法。
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35.10. 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 -
35.11. XPT2046
35.12. XPT2046时序
- SPI的通讯，CS片选，用于多设备通讯，独立走线；
- 三根线：CLK,DIN,DOUT
- 过程，先CS片选，上升沿输入，下降沿输出
36. AD模数转换&DA数模转换
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36.1. 需要制作一个程序在LCD1602显示屏上面显示如下信息，LCD的第一行显示 ADJ, NTC, RG, 第二行显示对应的可调电阻， 光敏电阻和热敏电阻的阻值并实时更新，相当于将可调电阻，光敏电阻和热敏电阻的模拟量值转换为数字量值，实现AD转换，因为Proteus中暂时没有针对国产AD芯片XPT2046的仿真芯片，所以仅列出开发板测试程序；
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36.2. 设计思路是先写出XPT2046的模块程序，返回芯片转换后的数值，然后在主程序中直接通过LCD1602显示；
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XPT2046.c如下
#include <REGX52.H>
sbit XPT2046_CS=P3^5;
sbit XPT2046_DCLK=P3^6;
sbit XPT2046_DIN=P3^4;
sbit XPT2046_DOUT=P3^7;
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){ADVAlue|=(0x8000>>i);}
}
XPT2046_CS=1;
if(Command&0x08) //判断是否是12位模式
{
return ADVAlue>>8; //右移8位，否则右侧8位为0，共16位
}
else
{
return ADVAlue>>4;
}
}
- XPT2046.h如下
#ifndef _XPT2046_H_
#define _XPT2046_H_
#define XPT2046_XP_8 0x9c //X+路
#define XPT2046_YP_8 0xdc //Y+路
#define XPT2046_VBAT_8 0xac //Y+路
#define XPT2046_AUX_8 0xec //Y+路
#define XPT2046_XP_12 0x94 //X+路
#define XPT2046_YP_12 0xd4 //Y+路
#define XPT2046_VBAT_12 0xa4 //Y+路
#define XPT2046_AUX_12 0xe4 //Y+路
unsigned int XPT2046_ReadAD(unsigned char Command);
#endif
主程序为：
#include <REGX52.h>
#include "LCD1602.h"
#include "delay_xms.h"
#include "XPT2046.h"
unsigned int Advalue;
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_YP_8);
LCD_ShowNum(2,5,Advalue,3);
Advalue=XPT2046_ReadAD(XPT2046_VBAT_8);
LCD_ShowNum(2,9,Advalue,3);
delay_xms(10);
}
}
