单片机的ADC与DAC应用实例

健身生活志 2020-12-09 ⋅ 15 阅读

什么是ADC和DAC？

在单片机系统中，ADC（模拟数字转换器）和DAC（数字模拟转换器）是常用的模块，用于实现模拟信号和数字信号之间的转换。

  • ADC用于将模拟信号转换为数字信号，通常用于从传感器获取模拟信号数据，并将其转换为数字形式以供处理和分析。
  • DAC则用于将数字信号转换为模拟信号，通常用于控制执行器或输出模拟信号。

在本篇博客中，我们将探讨几个关于ADC和DAC的应用实例。

ADC应用实例

温度测量

假设我们有一个温度传感器，它输出一个与温度相关的模拟电压信号。我们可以使用单片机的ADC模块将该模拟信号转换为数字形式，并通过处理这些数字数据来实现温度测量。

以基于Arduino的实例为例：

// 定义ADC引脚和变量
const int adcPin = A0;
int adcValue = 0;

void setup() {
  // 初始化串口输出
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 读取ADC值
  adcValue = analogRead(adcPin);
  
  // 将ADC值转换为温度
  float voltage = adcValue * (5.0 / 1023.0);
  float temperatureC = (voltage - 0.5) * 100.0;
  
  // 输出温度值
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureC);
  Serial.println(" °C");
  
  delay(1000);
}

通过该程序，我们可以将ADC值转换为模拟电压值，然后再根据温度传感器的特性将电压值转换为温度值，并通过串口输出显示当前温度。

光线传感器

另一个常见的ADC应用是光线传感器。光线传感器通常输出与光照强度相关的模拟信号，我们可以使用单片机的ADC模块将其转换为数字形式以供处理。

以下为使用STM32开发板的示例：

// 定义ADC引脚和变量
const int adcPin = PA0;
int adcValue = 0;

void setup() {
  // 初始化ADC
  ADC_Init_TypeDef ADCInit = ADC_INIT_DEFAULT;
  ADC_InitSingle_TypeDef ADCInitSingle = ADC_INITSINGLE_DEFAULT;
  
  ADC_Init(ADC0, &ADCInit);
  ADC_InitSingle(ADC0, &ADCInitSingle);
  
  // 启用ADC
  ADC_Enable(ADC0, true);
}

void loop() {
  // 开始ADC转换
  ADC_Start(ADC0, adcStartSingle);
  
  // 等待转换完成
  while (ADC0->STATUS & ADC_STATUS_SINGLEACT) {}
  
  // 读取ADC值
  adcValue = ADC_DataSingleGet(ADC0);
  
  // 输出光照强度
  printf("Light Intensity: %d\n", adcValue);
  
  delay(1000);
}

通过上述程序，我们初始化了ADC模块，然后在循环中开始ADC转换并等待转换完成。最后，我们可以读取ADC值，并通过串口输出显示光照强度。

DAC应用实例

音频播放

在音频播放器中，我们通常使用DAC将数字音频数据转换为模拟信号输出到扬声器。以下是一个基于Arduino的示例：

// 定义DAC引脚
const int dacPin = 9;

// 定义音频数据数组
const int audioData[] = { 0x1FFF, 0x0FFF, 0x0000, 0xFFF1, 0xE00E };

void setup() {
  // 设置DAC引脚为输出模式
  pinMode(dacPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 播放音频数据
  for (int i = 0; i < sizeof(audioData) / sizeof(audioData[0]); i++) {
    analogWrite(dacPin, audioData[i]);
    delay(10);
  }
  
  // 播放完成后静音
  analogWrite(dacPin, 0);
  
  delay(1000);
}

该程序在循环中逐个输出音频数据，通过模拟写入DAC引脚来转换为模拟信号，并输出到扬声器。我们可以通过修改音频数据数组来播放不同的音频。

PWM输出

在一些控制应用中，我们可以使用DAC来生成模拟控制信号。例如，使用PWM（脉冲宽度调制）技术可以通过DAC输出模拟电压，在电机控制和LED亮度调节等应用中非常常见。

以下为使用STM32开发板的PWM输出示例：

// 定义DAC引脚
const int dacPin = PA4;

// 定义PWM频率和占空比
const int pwmFrequency = 1000;    // 1kHz
const int pwmDutyCycle = 50;      // 50%

void setup() {
  // 配置DAC引脚为PWM输出模式
  GPIO_PinModeSetup(dacPin, gpioModePushPull, 0);
  
  // 初始化定时器
  TIMER_Init_TypeDef timerInit = TIMER_INIT_DEFAULT;
  
  timerInit.enable = false;       // 禁用定时器，在配置完成后再启用
  timerInit.prescale = 1;         // 时钟分频系数
  timerInit.enable = true;        // 启用定时器
  
  TIMER_Init(TIMER0, &timerInit);
  
  // 配置通道为PWM输出模式
  TIMER_InitCC_TypeDef timerCCInit = TIMER_INITCC_DEFAULT;
  
  timerCCInit.mode = timerCCModePWM;                 // PWM输出模式
  timerCCInit.eventCtrl = timerEventEveryEdge;       // 事件控制模式
  
  TIMER_InitCC(TIMER0, 3, &timerCCInit);              // 配置通道3
  
  // 配置定时器频率和占空比
  uint32_t topValue = CMU_ClockFreqGet(cmuClock_HFPER) / (pwmFrequency * timerInit.prescale);
  uint32_t compareValue = topValue * pwmDutyCycle / 100;
  
  TIMER_TopSet(TIMER0, topValue);
  TIMER_CompareSet(TIMER0, 3, compareValue);
  
  // 启用定时器通道
  TIMER0->ROUTELOC0 |= TIMER_ROUTELOC0_CC3LOC_LOC28;  // 连接通道到引脚
  TIMER0->ROUTEPEN |= TIMER_ROUTEPEN_CC3PEN;         // 启用通道
  
  // 启用定时器
  TIMER_Enable(TIMER0, true);
}

void loop() {
  // 循环执行
}

通过该程序，我们配置了DAC引脚为PWM输出模式，并通过定时器控制PWM的频率和占空比。我们可以根据需要修改pwmFrequency和pwmDutyCycle的值来调整PWM信号的特性。

总结

ADC和DAC是单片机系统中常用的模块，用于实现模拟信号和数字信号之间的转换。在本篇博客中，我们介绍了几个关于ADC和DAC的应用实例，包括温度测量、光线传感器、音频播放和PWM输出。通过这些实例，我们可以更好地了解ADC和DAC在单片机系统中的应用。

希望这篇博客对你有所帮助！如有任何问题或建议，请随时留言。


本文来自极简博客，作者：健身生活志，转载请注明原文链接：单片机的ADC与DAC应用实例

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