51单片机中AD/DA转换器介绍及原理详解

 

一、AD/DA介绍

AD(AnalogtoDigital):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。

二、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/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I0口可直接复用为AD/DA的通道 。

三、AD/DA原理待定学习

 

四、XPT2046

 

AD/DA性能指标

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-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。
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I0口可直接复用为AD/DA的通道 。

XPT2046时序，采用SPI方式通信

 

DIN——MISO——主设备输入、从设备输出

DOUT——MOSI——主设备输出，从设备输入

起始位——第一位，即 S 位。控制字的首位必须是 1，即 S＝ 1。在 XPT2046 的 DIN 引脚检测到起始位前，所有的输入将被忽略。

地址——接下来的 3 位（ A2、 A1 和 A0）选择多路选择器的现行通道（见表 3、表 4 和图 6），触摸屏驱动和参考源输入。

 

MODE——模式选择位，用于设置 ADC 的分辨率。MODE＝ 0，下一次的转换将是 12 位模式；MODE＝ 1，下一次的转换将是 8 位模式。

SER/ DFR位控制参考源模式，选择单端模式（ SER/DFR ＝ 1），或者差分模式（ SER/DFR ＝ 0）。在X坐标、 Y坐标和触摸压力测量中，为达到最佳性能，首选差分工作模式。参考电压来自开关驱动器的电压。在单端模式下，转换器的参考电压固定为VREF相对于GND引脚的电压（更详细的说明，见表 3 和表 4，图 5 和图 8）。采用单端模式时，X- Y-接地。

PD0 和 PD1——表 5 展示了掉电和内部参考电压配置的关系。ADC 的内部参考电压可以单独关闭或者打开，但是，在转换前，需要额外的时间让内部参考电压稳定到最终稳定值；如果内部参考源处于掉电状态，还要确保有足够的唤醒时间。ADC 要求是即时使用，无唤醒时间的。另外还得注意，当 BUSY 是高电平的时候，内部参考源禁止进入掉电模式。XPT2046 的通道改变后，如果要关闭参考源，则要重新对 XPT2046 写入命令。即PD1为1是内部参考电压2.5V,，PD1为0是外部参考电压VREF。

 

五、代码

/*---------------------------------------------------------------------*/ /* --- 公众号：我爱单片机 ----------------------------------------------*/ /* --- Web: www.52dpj.com --------------------------------------------*/ /* --- QQ: 1256711178 -------------------------------------------------*/ /*---------------------------------------------------------------------*/ #include // 引脚定义 sbit XPT2046_CS = P3 ^ 5; sbit XPT2046_DCLK = P3 ^ 6; sbit XPT2046_DIN = P3 ^ 4; sbit XPT2046_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 XTP2046_ReadAD(unsigned char Command) // 指令包括选择的通道，分辨率8、12位，参考电压，单端模式 { unsigned int ADVAlue = 0; unsigned char i; XPT2046_DCLK = 0; XPT2046_CS = 0; for (i = 0; i < 8; i++) // 发送指令 { XPT2046_DIN = Command & (0x80 >> i); // 高位在前，先发送高位 XPT2046_DCLK = 1; XPT2046_DCLK = 0; } for (i = 0; i < 16; i++) // 读取AD数据 { XPT2046_DCLK = 1; XPT2046_DCLK = 0; if (XPT2046_DOUT) { ADVAlue |= (0x8000 >> i); } // 高位在前，一共读16位，但只有前12位有效，后四位用0填充 } XPT2046_CS = 1; if (Command & 0x08) // 根据模式选择8位还是12位 { return ADVAlue >> 8; // 当8位时，读取到的数据是高八位，因此要往后移8位才是真实数据 } else { return ADVAlue >> 4; // 当12位时，有效数据是12位，后四位都是无效数据，因此往后移4位是真实数据 } } main.c #include #include "LCD1602.h" #include "Delay.h" #include "XPT2046.h" unsigned int ADVAlue; void main() { LCD_Init(); LCD_ShowString(1, 1, "ADJ NTC RG"); while (1) { ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_XP_8); // 读取AIN0，可调电阻 LCD_ShowNum(2, 1, ADVAlue, 4); // 显示AIN0 ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_YP_8); // 读取AIN1，热敏电阻 LCD_ShowNum(2, 6, ADVAlue, 4); // 显示AIN1 ADVAlue = XTP2046_ReadAD(XTP2046_VBAT_8); // 读取AIN2，光敏电阻 LCD_ShowNum(2, 11, ADVAlue, 4); // 显示AIN2 Delay(10); } }

　　审核编辑：汤梓红