51单片机系列--AD/DA

article/2025/10/5 16:48:05

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
计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界，对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量，将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。
硬件电路模型
在这里插入图片描述
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/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）
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

PCF8591转换模块

在这里插入图片描述

• 单独供电
• PCF8591 的操作电压范围2.5V-6V
• 低待机电流
• 通过I²C 总线串行输入/输出
• PCF8591 通过3 个硬件地址引脚寻址
• PCF8591 的采样率由I²C 总线速率决定
• 4 个模拟输入可编程为单端型或差分输入
• 自动增量频道选择
• PCF8591 的模拟电压范围从VSS 到VDD
• PCF8591 内置跟踪保持电路
• 8-bit 逐次逼近A/D 转换器
时序
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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
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）

运放电路

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DA原理

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在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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

实例代码

XPT2046.c

#include"XPT2046.h"/****************************************************************************
*函数名：SPI_Write
*输  入：dat：写入数据
*输  出：无
*功  能：使用SPI写入数据
****************************************************************************/void SPI_Write(uchar dat)
{uchar i;CLK = 0;for(i=0; i<8; i++){DIN = dat >> 7;  	//放置最高位dat <<= 1;CLK = 0;			//上升沿放置数据CLK = 1;}
}
/****************************************************************************
*函数名：SPI_Read
*输  入：无
*输  出：dat：读取 到的数据
*功  能：使用SPI读取数据
****************************************************************************/uint SPI_Read(void)
{uint i, dat=0;CLK = 0;for(i=0; i<12; i++)		//接收12位数据{dat <<= 1;CLK = 1;CLK = 0;dat |= DOUT;}return dat;	
}/****************************************************************************
*函数名：Read_AD_Data
*输  入：cmd：读取的X或者Y
*输  出：endValue：最终信号处理后返回的值
*功  能：读取触摸数据
****************************************************************************/
uint Read_AD_Data(uchar cmd)
{uchar i;uint AD_Value;CLK = 0;CS  = 0;SPI_Write(cmd);for(i=6; i>0; i--); 	//延时等待转换结果CLK = 1;	  //发送一个时钟周期，清除BUSY_nop_();_nop_();CLK = 0;_nop_();_nop_();AD_Value=SPI_Read();CS = 1;return AD_Value;	
}

XPT2046.h

#ifndef	  __XPT2046_H_
#define   __XPT2046_H_//---包含头文件---//
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif#ifndef uint
#define uint  unsigned int
#endif#ifndef ulong
#define ulong  unsigned long
#endif//---定义使用的IO口---//
sbit DOUT = P3^7;	  //输出
sbit CLK  = P3^6;	  //时钟
sbit DIN  = P3^4;	  //输入
sbit CS   = P3^5;	  //片选uint Read_AD_Data(uchar cmd);
uint SPI_Read(void);
void SPI_Write(uchar dat);#endifmain.c```cpp
#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器
#include"XPT2046.h"	typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;u8 disp[4];
u8 code smgduan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};/*******************************************************************************
* 函 数 名         : delay
* 函数功能		   : 延时函数，i=1时，大约延时10us
*******************************************************************************/
void delay(u16 i)
{while(i--);	
}/*******************************************************************************
* 函数名         :datapros()
* 函数功能		 :数据处理函数
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/
void datapros()
{u16 temp;static u8 i;if(i==50){i=0;temp = Read_AD_Data(0x94);		//   AIN0 电位器}i++;disp[0]=smgduan[temp/1000];//千位disp[1]=smgduan[temp%1000/100];//百位disp[2]=smgduan[temp%1000%100/10];//个位disp[3]=smgduan[temp%1000%100%10];		
}/*******************************************************************************
* 函数名         :DigDisplay()
* 函数功能		 :数码管显示函数
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/
void DigDisplay()
{u8 i;for(i=0;i<4;i++){switch(i)	 //位选，选择点亮的数码管，{case(0):LSA=1;LSB=1;LSC=1; break;//显示第0位case(1):LSA=0;LSB=1;LSC=1; break;//显示第1位case(2):LSA=1;LSB=0;LSC=1; break;//显示第2位case(3):LSA=0;LSB=0;LSC=1; break;//显示第3位	}P0=disp[i];//发送数据delay(100); //间隔一段时间扫描	P0=0x00;//消隐}		
}/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	while(1){datapros();	 //数据处理函数DigDisplay();//数码管显示函数		}		
}

http://chatgpt.dhexx.cn/article/KPryGr3W.shtml

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