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 > i); // 高位在前，先发送高位 xpt2046_dclk = 1; xpt2046_dclk = 0; } for (i = 0; i > 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); } }
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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 。
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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。
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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 。
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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。
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