用MCP4725与Arduino连接来将数字值转换为模拟值的方法

我们都知道微控制器只能处理数字值，但在现实世界中我们必须处理模拟信号。这就是为什么ADC（模数转换器）可以将现实世界的模拟值转换为数字形式，以便微控制器可以处理信号。但是，如果我们需要来自数字值的模拟信号怎么办，那么就来了DAC（数模转换器）。

数模转换器的一个简单示例是在录音室录制歌曲，艺术家歌手正在使用麦克风唱歌。这些模拟声波被转换为数字形式，然后存储在数字格式文件中，当使用存储的数字文件播放歌曲时，这些数字值被转换为模拟信号用于扬声器输出。所以在这个系统中使用了 DAC。

DAC 可用于许多应用，例如电机控制、控制 LED 灯的亮度、音频放大器、视频编码器、数据采集系统等。

在许多微控制器中，都有一个可用于产生模拟输出的内部 DAC。但是 ATmega328/ATmega168 等 Arduino 处理器没有内置 DAC。Arduino 具有 ADC 功能（模数转换器），但它没有 DAC（数模转换器）。它在内部 ADC 中有一个 10 位 DAC，但该 DAC 不能单独使用。所以在这个 Arduino DAC 教程中，我们使用了一个名为MCP4725 DAC 模块的附加板和 Arduino。

MCP4725 DAC 模块（数模转换器）

MCP4725 IC 是一款12 位数模转换器模块，用于生成（0 至 5V）的输出模拟电压，并通过I2C 通信进行控制。它还带有板载非易失性存储器 EEPROM。

该 IC 具有 12 位分辨率。这意味着我们使用（0 到 4096）作为输入来提供相对于参考电压的电压输出。最大参考电压为 5V。

计算输出电压的公式

O/P 电压 = （参考电压/分辨率） x 数字值

例如，如果我们使用 5V 作为参考电压，假设数字值为 2048。因此要计算 DAC 输出。

O/P 电压 = （5/ 4096） x 2048 = 2.5V

MCP4725的引脚排列

下面是 MCP4725 的图像，清楚地标明了引脚名称。

MCP4725 DAC 中的 I2C 通信

该 DAC IC 可通过 I2C 通信与任何微控制器连接。I2C 通信只需要两条线 SCL 和 SDA。默认情况下，MCP4725 的 I2C 地址为 0x60 或 0x61 或 0x62。对我来说它是 0x61。使用 I2C 总线，我们可以连接多个 MCP4725 DAC IC。唯一的事情是我们需要更改 IC 的 I2C 地址。Arduino中的 I2C 通信已在之前的教程中详细解释过。

在本教程中，我们将MCP4725 DAC IC 与 Arduino Uno 连接，并使用电位计为 Arduino 引脚 A0 提供模拟输入值。然后ADC将用于将模拟值转换为数字形式。之后，这些数字值通过 I2C 总线发送到 MCP4725，以使用 DAC MCP4725 IC 转换为模拟信号。Arduino 引脚 A1 用于从引脚 OUT 检查 MCP4725 的模拟输出，最后在16x2 LCD 显示屏上显示 ADC 和 DAC 值和电压。

所需组件

Arduino Nano / Arduino Uno

16x2液晶显示模块

MCP4725 DAC集成电路

10k 电位器

面包板

跳线

电路原理图

下表显示了 MCP4725 DAC IC、Arduino Nano 和万用表之间的连接

16x2 LCD 和 Arduino Nano 之间的连接

使用电位器，中心引脚连接到 Arduino Nano 的 A0 模拟输入，左侧引脚连接到 GND，最右侧引脚连接到 Arduino 的 5V。

DAC Arduino 编程

DAC 教程的完整 Arduino 代码在最后附有演示视频。这里我们逐行解释了代码。

首先，使用wire.h和liquidcrystal.h库包含I2C 和LCD库。

 

#include             
#include 

 

接下来根据我们与 Arduino Nano 连接的引脚定义和初始化 LCD 引脚

 

液晶液晶(2,3,4,5,6,7); //定义LCD显示引脚RS,E,D4,D5,D6,D7

 

接下来定义 MCP4725 DAC IC 的 I2C 地址

 

#define MCP4725 0x61

 

在 void setup()

首先在 Arduino Nano 的引脚 A4 (SDA) 和 A5 (SCL) 开始 I2C 通信

 

Wire.begin(); //开始I2C通信

 

接下来将 LCD 显示屏设置为 16x2 模式并显示欢迎信息。

 

lcd.开始（16,2）；//将 LCD 设置为 16X2 模式
lcd.print("CIRCUIT DIGEST");   
  延迟（1000）；
  lcd.clear(); 
  lcd.setCursor(0,0); 
  lcd.print("Arduino"); 
  lcd.setCursor(0,1);  
  lcd.print("带有 MCP4725 的 DAC"); 
  延迟（2000）；
  lcd.clear();    

 

在无效循环（）

1.首先在buffer[0]中放入控制字节值（0b01000000）

（010-将 MCP4725 设置为写模式）

 

缓冲区[0] = 0b01000000；              

 

2. 以下语句从引脚 A0 读取模拟值并将其转换为数字值（0-1023）。Arduino ADC 是 10 位分辨率，因此将其乘以 4 得出：0-4096，因为 DAC 是 12 位分辨率。

 

adc = 模拟读取（A0）* 4；       

 

3.此语句是从ADC输入值（0到4096）和参考电压为5V求电压

 

浮动 ipvolt = (5.0/4096.0)* adc;  

 

4. 第一行下方通过在 ADC 变量中向右移动 4 位将最高有效位值放入缓冲区 [1]，第二行通过在 ADC 变量中向左移动 4 位将最低有效位值放入缓冲区 [2]。

 

缓冲区[1] = adc >> 4;              
缓冲区[2] = adc << 4;              

 

5. 以下语句从作为 DAC 输出（MCP4725 DAC IC 的 OUTPUT 引脚）的 A1 读取模拟电压。该引脚也可以连接到万用表以检查输出电压。在此处了解如何使用万用表。

 

无符号 int 类比读取 = 类比读取（A1）*4 ；  

 

6. 此外，变量analogread的电压值使用以下公式计算

 

浮动 opvolt = (5.0/4096.0)* 模拟读数；

 

7. 以下语句用于开始使用 MCP4725 进行传输

 

Wire.beginTransmission（MCP4725）；    

 

将控制字节发送到 I2C

 

Wire.write(buffer[0]);

 

将 MSB 发送到 I2C

 

Wire.write(buffer[1]);

 

将 LSB 发送到 I2C

 

Wire.write(buffer[2]);

 

结束传输

 

Wire.endTransmission();

 

现在最后使用 lcd.print() 在 LCD 16x2 显示器中显示这些结果

 

lcd.setCursor(0,0);     
lcd.print("A IP:"); 
  lcd.print(adc);         
  lcd.setCursor(10,0); 
  lcd.print("V:");        
  lcd.print（ipvolt）；
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print("D OP:"); 
  lcd.print（模拟读取）；   
  lcd.setCursor(10,1); 
  lcd.print("V:"); 
  lcd.print（opvolt）；         
  延迟（500）；
  lcd.clear();    

 

使用 MCP4725 和 Arduino 进行数模转换

完成所有电路连接并将代码上传到 Arduino 后，改变电位器并观察 LCD 上的输出。LCD 第一行显示输入 ADC 值和电压，第二行显示输出 DAC 值和电压。

您还可以通过将万用表连接到 MCP4725 的 OUT 和 GND 引脚来检查输出电压。

#include //包含用于使用 I2C 功能的 Wire 库

#include //包含用于使用 LCD 显示功能的 LCD 库


#define MCP4725 0x61 //MCP4725 地址为 0x61 相应地更改你

的 LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7); //定义LCD显示引脚RS,E,D4,D5,D6,D7



unsigned int adc;

字节缓冲区[3]；


void setup()

{

Wire.begin(); //开始 I2C 通信

lcd.begin(16,2); //将 LCD 设置为 16X2 模式

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");

延迟（1000）；

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Arduino");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("带有 MCP4725 的 DAC");

延迟（2000）；

lcd.clear();




}


无效循环（）


{

缓冲区[0] = 0b01000000；//使用控制字节设置缓冲区0（010-设置为写入模式）

adc = analogRead(A0) * 4; //从引脚 A0 读取模拟值并转换为数字 (0-1023) 乘以 4 得到 (0-4096)



float ipvolt = (5.0/4096.0)* adc; //求电压公式(A0)

buffer[1] = adc >> 4; //放置最高有效位值

buffer[2] = adc << 4; //输入最低有效位值





unsigned int analogread = analogRead(A1)*4 ; //从 A1 读取模拟电压



float opvolt = (5.0/4096.0)* analogread; //求电压公式 (A1)



Wire.beginTransmission(MCP4725); //通过地址为0x61的MCP4725加入I2C总线



Wire.write(buffer[0]); //发送控制字节到I2C

Wire.write(buffer[1]); //将 MSB 发送到 I2C

Wire.write(buffer[2]); //发送LSB到I2C



Wire.endTransmission(); //结束传输


lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("A IP:");

lcd.print(adc); //从A0打印ADC值

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print("V:"); //在 A0 打印输入电压

lcd.print(ipvolt);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("D OP:");

lcd.print（模拟读取）；//从 A1 (From DAC) 打印 ADC 值

lcd.setCursor(10,1);

lcd.print("V:");

lcd.print（opvolt）；



//在 A1（来自 DAC）延迟（500）处打印输入电压；

lcd.clear();

}