51单片机快速入门之 AD(模数) DA(数模) 转换 2024/10/25

51单片机快速入门之 AD(模数) DA(数模) 转换 2024/10/25

声明:本文图片来源于网络 

 

A模拟信号特点: 电压或者电流  缓慢上升 随着时间连续缓慢上升或下降

D数字信号特点:电压或者电流  保持一段时间的高/低电平 状态    / 突变 (高电压瞬间低电压)

数字电路中 通常将0-1v电压称呼为低电平(0),    3-5v电压称呼为高电平(1)

AD(将模拟信号转换成数字信号)转换

分四个步骤:

                     1.采样

每隔一段时间对模拟信号进行取值 (信号电压)

                     2.保持

将第一步采样得到的信号电压 保存下来

参考该简易电路图 v1是模拟信号的输入端, v0 是模拟信号的采样端

当开关 因数字信号 高电平  闭合时 模拟信号进入 电路 对电容C充电, 当低电平时 开关断开

此时电容C中的电压被保存了下来  采样图中的点位就是开关闭合 和断开之后的 示范 注意看红点

 

                     3.量化

将采样信号分割成整数个电压段的过程

                     4.编码

将每个电压段 用相应二进制表示的过程 

知识拓展 

模数转换的过程是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，通常用二进制数表示。转换的精度取决于转换器的位数（bit数），即分辨率。

分辨率和位数

• 3位二进制：表示8个不同的状态（2^3 = 8）。这在实际应用中非常有限，通常用于简单的低精度应用。
• 8位二进制：表示256个不同的状态（2^8 = 256）。这在许多基本的电子设备中已经足够。
• 10位二进制：表示1024个不同的状态（2^10 = 1024）。常用于音频处理和其他需要更高精度的应用。
• 12位、14位、16位甚至更高：这些分辨率用于需要极高精度的应用，如医疗设备、科学仪器和高性能音频设备。

应用场景

• 低分辨率（如3位）：适用于简单的开关信号或非常粗略的测量。
• 中等分辨率（如8位到10位）：适用于大多数消费电子产品、传感器数据采集等。
• 高分辨率（如12位及以上）：适用于高精度测量、音频处理、图像处理等领域。

 

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DA(将数字信号转换成模拟信号)转换 

转换流程:数字电路经过DA转换成如上图所示的高低块 再经过平滑电路 转换成模拟信号

以前面模拟信号转数字信号为例

我们可以看到第一个三位是AD模数转换之后 是010 再之后是011 101

DA数模转换就是 当数字信号010 输出到DA转换器,其输出的将会是4v电压 

简单的说就是通过数字信号去控制输出电压的高低,来控制模拟信号的高低,

再通过平滑电路的处理让其变得连续 完成整个信号的转换!

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转换芯片举例:PCF8591

芯片简介:

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

拓展知识 :

单端输入:一条线输入,基准电压固定为0V 或者其他电压,是不变的!

输入信号=单端输入电压 与 固定电压之间的差值

适用于:电压高(高于1v)  导线短 且共地

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双端输入:两条线输入, 具有很好的 抗干扰性

输入信号=A端输入电压 与 B端输入电压之间的差值

适用于:信号小 导线长 不共地

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抗干扰性举例

单端时输入电压是2v 但由于干扰 多了0.2v 

此时输入电压就为2.2v-0v(地)

差分时由于AB两线输入电压不同,但其差值,一直会保持在2v的电压信号(不会超出)

电路图: 

程序: 和之前i2c一样,发送控制码即可