將MCP4921與PIC16F877A接口進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的方法

　　數(shù)字和模擬是電子學(xué)的一個(gè)組成部分。大多數(shù)設(shè)備同時(shí)具有ADC和 DAC，當(dāng)需要將信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字或從數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬時(shí)使用它們。此外，聲音和光等現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)本質(zhì)上是模擬的，因此無論何時(shí)必須使用這些現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)，都必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，例如使用揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音或控制光源。

　　另一種類型的 DAC 是脈沖寬度調(diào)制器 （PWM）。PWM 接收一個(gè)數(shù)字字并生成一個(gè)具有可變脈沖寬度的數(shù)字脈沖。當(dāng)這個(gè)信號(hào)通過一個(gè)濾波器時(shí)，結(jié)果將是純模擬的。一個(gè)模擬信號(hào)在一個(gè)信號(hào)中可以有多種類型的數(shù)據(jù)。

　　在本教程中，我們將DAC MCP4921 與 Microchip PIC16F877A 接口以進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

　　在本教程中，我們將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并在16x2 LCD上顯示輸入數(shù)字值和輸出模擬值。它將提供 1V、2V、3V、4V 和 5V 作為最終的模擬輸出，這在最后給出的視頻中進(jìn)行了演示。

　　DAC 可用于許多應(yīng)用 ，例如電機(jī)控制、LED 燈的控制亮度、 音頻放大器、視頻編碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。在直接跳轉(zhuǎn)到接口部分之前，了解 MCP4921 的概述非常重要。

　　MCP4921 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）

　　MCP4921 是 12 位 DAC，因此 MCP4921 將提供 12 位輸出分辨率。DAC 分辨率是指可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的數(shù)字位數(shù)。我們可以從中獲得多少價(jià)值是基于公式的。對(duì)于 12 位，它 = 4096。這意味著 12 位分辨率 DAC 可以產(chǎn)生 4096 個(gè)不同的輸出。

　　通過使用該值，可以輕松計(jì)算單個(gè)模擬階躍電壓。為了計(jì)算步數(shù)，需要參考電壓。由于該器件的邏輯電壓為 5V，因此步進(jìn)電壓為 5/4095（4096-1，因?yàn)閿?shù)字的起點(diǎn)不是 1，而是 0），即 0.00122100122 毫伏。因此，更改 1 位將使模擬輸出更改為 0.00122100122。

　　所以，這就是轉(zhuǎn)換部分。MCP4921是一個(gè) 8 引腳 IC。引腳圖和說明可以在下面找到。

　　MCP4921 IC通過SPI 協(xié)議與微控制器通信。對(duì)于 SPI 通信，設(shè)備必須是主設(shè)備，它向作為從設(shè)備連接的外部設(shè)備提交數(shù)據(jù)或命令。在 SPI 通信系統(tǒng)中，單個(gè)主設(shè)備可以連接多個(gè)從設(shè)備。

　　要提交數(shù)據(jù)和命令，了解命令寄存器很重要。

　　在下圖中，顯示了命令寄存器，

　　命令寄存器是一個(gè)16 位寄存器。bit-15 到 bit-12 用于配置命令。上圖清楚地顯示了數(shù)據(jù)輸入和配置。在本項(xiàng)目中，MCP4921 將用作以下配置 -

　　所以二進(jìn)制是 0011 以及由寄存器的 D11 到 D0 位確定的數(shù)據(jù)。需要提交16位數(shù)據(jù)0011 xxxx xxxx xxxx，其中MSB的前4位為配置，其余為LSB?？磳懨顣r(shí)序圖會(huì)更清楚。

　　根據(jù)時(shí)序圖和數(shù)據(jù)表，在向 MCP4921 的整個(gè)命令寫入周期內(nèi)，CS 引腳為低電平。

　　現(xiàn)在是時(shí)候?qū)⒃O(shè)備與硬件連接并編寫代碼了。

　　所需組件

　　對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，需要以下組件 -

　　MCP4921

　　PIC16F877A

　　20兆赫晶體

　　顯示 16x2 字符 LCD。

　　2k電阻-1個(gè)

　　33pF 電容器 - 2 個(gè)

　　4.7k 電阻器 - 1 個(gè)

　　萬用表測(cè)量輸出電壓

　　面包板

　　5V供電，一個(gè)手機(jī)充電器即可工作。

　　很多連接線或 berg 線。

　　帶有 Programmer 套件和帶有編譯器的 IDE 的 Microchip 編程環(huán)境

　　示意圖

　　將DAC4921 與 PIC 微控制器連接的電路圖 如下所示：

　　該電路是在面包板中構(gòu)建的-

代碼說明

文章末尾給出了使用 PIC16F877A 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)?的完整代碼。與往常一樣，我們首先需要?設(shè)置 PIC 單片機(jī)中的配置位。

?

// PIC16F877A 配置位設(shè)置
// 'C' 源代碼行配置語句
// CONFIG

#pragma config FOSC = HS // 振蕩器選擇位（HS 振蕩器）
#pragma config WDTE = OFF // 看門狗定時(shí)器使能位（WDT 禁用）
#pragma config PWRTE = OFF // 上電定時(shí)器使能位（PWRT 禁用）
# pragma config BOREN = ON // 欠壓復(fù)位使能位（BOR 使能）
#pragma config LVP = OFF // 低電壓（單電源）在線串行編程使能位（RB3/PGM 引腳具有 PGM 功能；低-電壓編程啟用）
#pragma config CPD = OFF // 數(shù)據(jù) EEPROM 存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（數(shù)據(jù) EEPROM 代碼保護(hù)關(guān)閉）
#pragma config WRT = OFF // 閃存程序存儲(chǔ)器寫使能位（寫保護(hù)關(guān)閉；所有程序存儲(chǔ)器都可以由 EECON 控制寫入）
#pragma config CP = OFF // Flash 程序存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（代碼保護(hù)關(guān)閉）

?

以下代碼行用于集成 LCD 和 SPI 頭文件，還聲明了 XTAL 頻率和 DAC 的 CS 引腳連接。

PIC SPI 教程和庫可以在給定的鏈接中找到。

?

#include  
#include  
#include "supporing_cfile\lcd.h" 
#include "supporing_cfile\PIC16F877a_SPI.h"

/*
硬件相關(guān)定義
*/

#define _XTAL_FREQ 200000000 //晶體頻率，用于延遲
#define DAC_CS PORTCbits.RC0 //聲明DAC CS引腳

?

SPI_Initialize_Master?()功能針對(duì)該項(xiàng)目所需的不同配置稍作修改。在這種情況下，SSPSTAT 寄存器的配置方式是，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)間結(jié)束時(shí)采樣輸入數(shù)據(jù)以及配置為發(fā)送的 SPI 時(shí)鐘發(fā)生在從活動(dòng)時(shí)鐘狀態(tài)模式轉(zhuǎn)換到空閑時(shí)鐘狀態(tài)模式時(shí)。其他也一樣。

?

無效 SPI_Initialize_Master() 
{ 
                TRISC5 = 0; // 設(shè)置為輸出
                SSPSTAT = 0b11000000; //pg 74/234 
                SSPCON = 0b00100000; //pg 75/234 
                TRISC3 = 0; //設(shè)置為從模式的輸出
}

?

此外，對(duì)于以下函數(shù)，SPI_Write()?稍作修改。數(shù)據(jù)傳輸將在緩沖區(qū)清空后進(jìn)行，以確保通過 SPI 進(jìn)行完美的數(shù)據(jù)傳輸。

?

無效 SPI_Write(char 傳入) 
{ 
                SSPBUF = 傳入; //將用戶給定的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)
                while (!SSPSTATbits.BF); 
}

?

該程序的重??要部分是 MCP4921 驅(qū)動(dòng)程序。這是一個(gè)有點(diǎn)棘手的部分，因?yàn)槊詈蛿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被打孔在一起以通過 SPI 提供完整的 16 位數(shù)據(jù)。但是，該邏輯清楚地顯示在代碼注釋中。

?

/*
此函數(shù)用于將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。
*/ 
void convert_DAC(unsigned int value) 
{ 
   /*步長 = 2^n, 因此 12bit 2^12 = 4096
     對(duì)于 5V 參考，步長將為 5/4095 = 0.0012210012210012V 或 1mV（大約）*/ 
  unsigned int 容器; 
  無符號(hào)整數(shù) MSB；
  無符號(hào)整數(shù) LSB；
  /*步驟：1、將12位數(shù)據(jù)存入容器
   假設(shè)數(shù)據(jù)為4095，二進(jìn)制1111 1111 1111*/ 
  container = value;    
  /*步驟：2 創(chuàng)建虛擬 8 位。因此，通過除以 256，在 LSB 中捕獲高 4 位
   LSB = 0000 1111*/ 
  LSB = container/256；
  /*Step: 3 發(fā)送配置打孔4位數(shù)據(jù)。
   LSB = 0011 0000 或 0000 1111。結(jié)果為 0011 1111 */ 
  LSB = (0x30) | 低位；
  /*Step:4 容器仍然有 21bit 的值。提取低 8 位。
   1111 1111 和 1111 1111 1111。結(jié)果是 1111 1111，即 MSB*/   
  MSB = 0xFF & 容器；    
/*Step:4 將16bits的數(shù)據(jù)分成兩個(gè)字節(jié)發(fā)送。*/ 
    DAC_CS = 0; // 數(shù)據(jù)傳輸期間 CS 為低電平。根據(jù)數(shù)據(jù)表，需要         
    SPI_Write(LSB); 
    SPI_Write(MSB);    
    DAC_CS = 1；              
}

?

在主函數(shù)中，使用“for 循環(huán)”來創(chuàng)建用于創(chuàng)建 1V、2V、3V、4V 和 5V 輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)字值是根據(jù)輸出電壓 / 0.0012210012210012 毫伏計(jì)算得出的。

?

無效 main() { 
    system_init(); 
    介紹屏幕（）；
    整數(shù)=0；
    國際伏特=0；
    而 (1) { 
        for (volt=1; volt<=MAX_VOLT; volt++){ 
            number = volt / 0.0012210012210012; 
            清除屏幕（）；           
            lcd_com(FIRST_LINE);             
            lcd_puts("數(shù)據(jù)發(fā)送：-"); 
            lcd_print_number(數(shù)字); 
            lcd_com（第二行）；            
            lcd_puts("輸出：-");            
            lcd_print_number(伏特); 
            lcd_puts("V"); 
            轉(zhuǎn)換_DAC（數(shù)字）；
            __delay_ms(300);                                    
        } 
    } 
}

?

　　使用 PIC 測(cè)試數(shù)模轉(zhuǎn)換

　　使用萬用表測(cè)試構(gòu)建的電路。在下圖中，輸出電壓和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)顯示在 LCD 上。萬用表顯示接近讀數(shù)。

/*

* 文件：main.c

* 作者：蘇拉夫·古普塔 *<|:-]

* 創(chuàng)建于：circuitdigest.com

* 項(xiàng)目：mcp4921 接口

* 創(chuàng)建于 2019 年 3 月 21 日晚上 7:05

*/

// PIC16F877A 配置位設(shè)置



// 'C' 源代碼行配置語句



// 配置

#pragma config FOSC = HS // 振蕩器選擇位（HS 振蕩器）

#pragma config WDTE = OFF // 看門狗定時(shí)器啟用位（WDT 禁用）

#pragma config PWRTE = OFF // 上電定時(shí)器使能位（PWRT 禁用）

#pragma config BOREN = ON // 欠壓復(fù)位使能位（BOR 使能）

#pragma config LVP = OFF // 低壓（單電源）在線串行編程使能位（RB3/PGM 引腳具有 PGM 功能；低壓編程使能）

#pragma config CPD = OFF // 數(shù)據(jù) EEPROM 存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（數(shù)據(jù) EEPROM 代碼保護(hù)關(guān)閉）

#pragma config WRT = OFF // Flash 程序存儲(chǔ)器寫使能位（寫保護(hù)關(guān)閉；EECON 控制可以寫入所有程序存儲(chǔ)器）

#pragma config CP = OFF // Flash 程序存儲(chǔ)器代碼保護(hù)位（代碼保護(hù)關(guān)閉）



#include

#include

#include "supporting_cfile\lcd.h"

#include "supporting_cfile\PIC16F877a_SPI.h"



/*

硬件相關(guān)定義

*/

#define _XTAL_FREQ 200000000 //晶體頻率，用于延遲

#define DAC_CS PORTCbits.RC0 //聲明DAC CS引腳



/*

程序流相關(guān)定義

*/



#define MAX_VOLT 5

#define FIRST_LINE 0x80

#define SECOND_LINE 0xC0



/*

其他具體功能定義

*/

無效系統(tǒng)初始化（無效）；

無效 sw_delayms（無符號(hào)整數(shù) d）；

無效轉(zhuǎn)換_DAC（無符號(hào)整數(shù)數(shù)字值）；

無效清除屏幕（無效）；

無效介紹屏幕（無效）；



無效的主要（）{

系統(tǒng)初始化（）；

介紹屏幕（）；

整數(shù)=0；

國際伏特=0；

而（1）{

對(duì)于（伏特=1；伏特<=MAX_VOLT；伏特++）{

數(shù)字 = 伏特 / 0.0012210012210012；

清除屏幕（）；

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("數(shù)據(jù)發(fā)送：-");

lcd_print_number(數(shù)字);

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("輸出：-");

lcd_print_number(伏特);

lcd_puts("V");

轉(zhuǎn)換_DAC（數(shù)字）；

__delay_ms(300);

}

}

}

/*

此功能用于軟件延遲。

*/



無效 sw_delayms（無符號(hào)整數(shù) d）{

整數(shù) x, y;

for(x=0;x
for(y=0;y<=1275;y++);

}

/*

該函數(shù)用于系統(tǒng)初始化。

*/



無效系統(tǒng)初始化（無效）{

TRISB = 0x00；// LCD 引腳作為輸出

TRISCbits.TRISC0=0；// CS 引腳聲明為輸出

液晶初始化（）；//這將初始化lcd

SPI_Initialize_Master();

}



/*

此功能用于在沒有命令的情況下清除屏幕。

*/



無效清除屏幕（無效）{

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("");

}



/*

此功能用于播放介紹。

*/



無效介紹屏幕（無效）{

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("歡迎來到");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("電路文摘");

__delay_ms(500);

清除屏幕（）；

lcd_com(FIRST_LINE);

lcd_puts("mcp4921 with");

lcd_com（第二行）；

lcd_puts("PIC16F877A");

__delay_ms(350);

}



/*

此功能用于將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值。

*/



無效轉(zhuǎn)換_DAC（無符號(hào)整數(shù)值）



{

/*步長 = 2^n，因此 12bit 2^12 = 4096

對(duì)于 5V 參考，步長為 5/4095 = 0.0012210012210012V 或 1mV（大約）*/

無符號(hào)整數(shù)容器；

無符號(hào)整數(shù) MSB；

無符號(hào)整數(shù) LSB；

/*Step: 1、將12位數(shù)據(jù)存入容器

假設(shè)數(shù)據(jù)為4095，二進(jìn)制1111 1111 1111*/

容器=價(jià)值；

/*步驟：2 創(chuàng)建虛擬 8 位。因此，通過除以 256，在 LSB 中捕獲高 4 位

LSB = 0000 1111*/

LSB = 容器/256；

/*Step: 3 發(fā)送配置打孔4位數(shù)據(jù)。

LSB = 0011 0000 或 0000 1111。結(jié)果為 0011 1111 */

LSB = (0x30) | 低位；

/*Step:4 容器仍然有 21bit 的值。提取低 8 位。

1111 1111 AND 1111 1111 1111。結(jié)果為 1111 1111，即 MSB*/

MSB = 0xFF & 容器；

/*Step:4 將16bits的數(shù)據(jù)分成兩個(gè)字節(jié)發(fā)送。*/

DAC_CS = 0；// 數(shù)據(jù)傳輸期間 CS 為低電平。根據(jù)數(shù)據(jù)表，它是必需的

SPI_Write(LSB);

SPI_Write(MSB);

DAC_CS = 1；

}