用MCP4725與Arduino連接來(lái)將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬值的方法

我們都知道微控制器只能處理數(shù)字值，但在現(xiàn)實(shí)世界中我們必須處理模擬信號(hào)。這就是為什么ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）可以將現(xiàn)實(shí)世界的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以便微控制器可以處理信號(hào)。但是，如果我們需要來(lái)自數(shù)字值的模擬信號(hào)怎么辦，那么就來(lái)了DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一個(gè)簡(jiǎn)單示例是在錄音室錄制歌曲，藝術(shù)家歌手正在使用麥克風(fēng)唱歌。這些模擬聲波被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，然后存儲(chǔ)在數(shù)字格式文件中，當(dāng)使用存儲(chǔ)的數(shù)字文件播放歌曲時(shí)，這些數(shù)字值被轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)用于揚(yáng)聲器輸出。所以在這個(gè)系統(tǒng)中使用了 DAC。

DAC 可用于許多應(yīng)用，例如電機(jī)控制、控制 LED 燈的亮度、音頻放大器、視頻編碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

在許多微控制器中，都有一個(gè)可用于產(chǎn)生模擬輸出的內(nèi)部 DAC。但是 ATmega328/ATmega168 等 Arduino 處理器沒(méi)有內(nèi)置 DAC。Arduino 具有 ADC 功能（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），但它沒(méi)有 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。它在內(nèi)部 ADC 中有一個(gè) 10 位 DAC，但該 DAC 不能單獨(dú)使用。所以在這個(gè) Arduino DAC 教程中，我們使用了一個(gè)名為MCP4725 DAC 模塊的附加板和 Arduino。

MCP4725 DAC 模塊（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）

MCP4725 IC 是一款12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，用于生成（0 至 5V）的輸出模擬電壓，并通過(guò)I2C 通信進(jìn)行控制。它還帶有板載非易失性存儲(chǔ)器 EEPROM。

該 IC 具有 12 位分辨率。這意味著我們使用（0 到 4096）作為輸入來(lái)提供相對(duì)于參考電壓的電壓輸出。最大參考電壓為 5V。

計(jì)算輸出電壓的公式

O/P 電壓 = （參考電壓/分辨率） x 數(shù)字值

例如，如果我們使用 5V 作為參考電壓，假設(shè)數(shù)字值為 2048。因此要計(jì)算 DAC 輸出。

O/P 電壓 = （5/ 4096） x 2048 = 2.5V

MCP4725的引腳排列

下面是 MCP4725 的圖像，清楚地標(biāo)明了引腳名稱。

MCP4725 DAC 中的 I2C 通信

該 DAC IC 可通過(guò) I2C 通信與任何微控制器連接。I2C 通信只需要兩條線 SCL 和 SDA。默認(rèn)情況下，MCP4725 的 I2C 地址為 0x60 或 0x61 或 0x62。對(duì)我來(lái)說(shuō)它是 0x61。使用 I2C 總線，我們可以連接多個(gè) MCP4725 DAC IC。唯一的事情是我們需要更改 IC 的 I2C 地址。Arduino中的 I2C 通信已在之前的教程中詳細(xì)解釋過(guò)。

在本教程中，我們將MCP4725 DAC IC 與 Arduino Uno 連接，并使用電位計(jì)為 Arduino 引腳 A0 提供模擬輸入值。然后ADC將用于將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。之后，這些數(shù)字值通過(guò) I2C 總線發(fā)送到 MCP4725，以使用 DAC MCP4725 IC 轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。Arduino 引腳 A1 用于從引腳 OUT 檢查 MCP4725 的模擬輸出，最后在16x2 LCD 顯示屏上顯示 ADC 和 DAC 值和電壓。

所需組件

Arduino Nano / Arduino Uno

16x2液晶顯示模塊

MCP4725 DAC集成電路

10k 電位器

面包板

跳線

電路原理圖

下表顯示了 MCP4725 DAC IC、Arduino Nano 和萬(wàn)用表之間的連接

16x2 LCD 和 Arduino Nano 之間的連接

使用電位器，中心引腳連接到 Arduino Nano 的 A0 模擬輸入，左側(cè)引腳連接到 GND，最右側(cè)引腳連接到 Arduino 的 5V。

DAC Arduino 編程

DAC 教程的完整 Arduino 代碼在最后附有演示視頻。這里我們逐行解釋了代碼。

首先，使用wire.h和liquidcrystal.h庫(kù)包含I2C 和LCD庫(kù)。

#include             
#include 

接下來(lái)根據(jù)我們與 Arduino Nano 連接的引腳定義和初始化 LCD 引腳

液晶液晶(2,3,4,5,6,7); //定義LCD顯示引腳RS,E,D4,D5,D6,D7

接下來(lái)定義 MCP4725 DAC IC 的 I2C 地址

#define MCP4725 0x61

在 void setup()

首先在 Arduino Nano 的引腳 A4 (SDA) 和 A5 (SCL) 開(kāi)始 I2C 通信

Wire.begin(); //開(kāi)始I2C通信

接下來(lái)將 LCD 顯示屏設(shè)置為 16x2 模式并顯示歡迎信息。

lcd.開(kāi)始（16,2）；//將 LCD 設(shè)置為 16X2 模式
lcd.print("CIRCUIT DIGEST");   
  延遲（1000）；
  lcd.clear(); 
  lcd.setCursor(0,0); 
  lcd.print("Arduino"); 
  lcd.setCursor(0,1);  
  lcd.print("帶有 MCP4725 的 DAC"); 
  延遲（2000）；
  lcd.clear();    

在無(wú)效循環(huán)（）

1.首先在buffer[0]中放入控制字節(jié)值（0b01000000）

（010-將 MCP4725 設(shè)置為寫(xiě)模式）

緩沖區(qū)[0] = 0b01000000；              

2. 以下語(yǔ)句從引腳 A0 讀取模擬值并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值（0-1023）。Arduino ADC 是 10 位分辨率，因此將其乘以 4 得出：0-4096，因?yàn)?DAC 是 12 位分辨率。

adc = 模擬讀?。ˋ0）* 4；       

3.此語(yǔ)句是從ADC輸入值（0到4096）和參考電壓為5V求電壓

浮動(dòng) ipvolt = (5.0/4096.0)* adc;  

4. 第一行下方通過(guò)在 ADC 變量中向右移動(dòng) 4 位將最高有效位值放入緩沖區(qū) [1]，第二行通過(guò)在 ADC 變量中向左移動(dòng) 4 位將最低有效位值放入緩沖區(qū) [2]。

緩沖區(qū)[1] = adc >> 4;              
緩沖區(qū)[2] = adc << 4;              

5. 以下語(yǔ)句從作為 DAC 輸出（MCP4725 DAC IC 的 OUTPUT 引腳）的 A1 讀取模擬電壓。該引腳也可以連接到萬(wàn)用表以檢查輸出電壓。在此處了解如何使用萬(wàn)用表。

無(wú)符號(hào) int 類比讀取 = 類比讀?。ˋ1）*4 ；  

6. 此外，變量analogread的電壓值使用以下公式計(jì)算

浮動(dòng) opvolt = (5.0/4096.0)* 模擬讀數(shù)；

7. 以下語(yǔ)句用于開(kāi)始使用 MCP4725 進(jìn)行傳輸

Wire.beginTransmission（MCP4725）；    

將控制字節(jié)發(fā)送到 I2C

Wire.write(buffer[0]);

將 MSB 發(fā)送到 I2C

Wire.write(buffer[1]);

將 LSB 發(fā)送到 I2C

Wire.write(buffer[2]);

結(jié)束傳輸

Wire.endTransmission();

現(xiàn)在最后使用 lcd.print() 在 LCD 16x2 顯示器中顯示這些結(jié)果

lcd.setCursor(0,0);     
lcd.print("A IP:"); 
  lcd.print(adc);         
  lcd.setCursor(10,0); 
  lcd.print("V:");        
  lcd.print（ipvolt）；
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print("D OP:"); 
  lcd.print（模擬讀?。?；   
  lcd.setCursor(10,1); 
  lcd.print("V:"); 
  lcd.print（opvolt）；         
  延遲（500）；
  lcd.clear();    

使用 MCP4725 和 Arduino 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換

完成所有電路連接并將代碼上傳到 Arduino 后，改變電位器并觀察 LCD 上的輸出。LCD 第一行顯示輸入 ADC 值和電壓，第二行顯示輸出 DAC 值和電壓。

您還可以通過(guò)將萬(wàn)用表連接到 MCP4725 的 OUT 和 GND 引腳來(lái)檢查輸出電壓。

#include //包含用于使用 I2C 功能的 Wire 庫(kù)

#include //包含用于使用 LCD 顯示功能的 LCD 庫(kù)


#define MCP4725 0x61 //MCP4725 地址為 0x61 相應(yīng)地更改你

的 LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7); //定義LCD顯示引腳RS,E,D4,D5,D6,D7



unsigned int adc;

字節(jié)緩沖區(qū)[3]；


void setup()

{

Wire.begin(); //開(kāi)始 I2C 通信

lcd.begin(16,2); //將 LCD 設(shè)置為 16X2 模式

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");

延遲（1000）；

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Arduino");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("帶有 MCP4725 的 DAC");

延遲（2000）；

lcd.clear();




}


無(wú)效循環(huán)（）


{

緩沖區(qū)[0] = 0b01000000；//使用控制字節(jié)設(shè)置緩沖區(qū)0（010-設(shè)置為寫(xiě)入模式）

adc = analogRead(A0) * 4; //從引腳 A0 讀取模擬值并轉(zhuǎn)換為數(shù)字 (0-1023) 乘以 4 得到 (0-4096)



float ipvolt = (5.0/4096.0)* adc; //求電壓公式(A0)

buffer[1] = adc >> 4; //放置最高有效位值

buffer[2] = adc << 4; //輸入最低有效位值





unsigned int analogread = analogRead(A1)*4 ; //從 A1 讀取模擬電壓



float opvolt = (5.0/4096.0)* analogread; //求電壓公式 (A1)



Wire.beginTransmission(MCP4725); //通過(guò)地址為0x61的MCP4725加入I2C總線



Wire.write(buffer[0]); //發(fā)送控制字節(jié)到I2C

Wire.write(buffer[1]); //將 MSB 發(fā)送到 I2C

Wire.write(buffer[2]); //發(fā)送LSB到I2C



Wire.endTransmission(); //結(jié)束傳輸


lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("A IP:");

lcd.print(adc); //從A0打印ADC值

lcd.setCursor(10,0);

lcd.print("V:"); //在 A0 打印輸入電壓

lcd.print(ipvolt);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("D OP:");

lcd.print（模擬讀?。?；//從 A1 (From DAC) 打印 ADC 值

lcd.setCursor(10,1);

lcd.print("V:");

lcd.print（opvolt）；



//在 A1（來(lái)自 DAC）延遲（500）處打印輸入電壓；

lcd.clear();

}