使用Arduino开发板连接12位数模转换器MCP4725的方法

风筝

我们都知道微控制器只能使用数字量，但在现实世界中有很多模拟信号需要处理。这就是为什么使用ADC（模数转换器Analog to Digital Converters）将现实世界的模拟量转换为数字量，以便微控制器可以处理这些信号。但是，如果我们需要将数字量转换成模拟信号，那么就需要DAC（数模转换器）。

使用数字转模拟转换器的简单示例是在工作室中录制一首歌曲，歌手使用麦克风唱歌。这些模拟声波被转换成数字形式，然后存储在数字格式文件中，当使用存储的数字文件播放歌曲时，这些数字值被转换成用于扬声器输出的模拟信号。所以在这个系统中使用DAC。

DAC可用于许多应用，如电机控制、LED灯的控制亮度、音频放大器、视频编码器、数据采集系统等。

在许多微控制器中，内部会有一个DAC可用于产生模拟输出。但是ATmega328 / ATmega168等Arduino处理器没有内置DAC。 Arduino具有ADC功能（模数转换器），但没有DAC（数模转换器）。它在内部ADC中有一个10位DAC，但该DAC不能单独使用。所以在这个Arduino DAC教程中，我们使用一个名为MCP4725 DAC模块的扩展电路板。

MCP4725 DAC模块（数模转换器）

MCP4725 IC是一款12位数模转换器模块，用于产生（0至5V）输出模拟电压，并通过I2C通信进行控制。它还带有板载非易失性存储器EEPROM。

该IC具有12位分辨率。这意味着我们使用（0到4096）作为输入来提供相对于参考电压的电压输出。最大参考电压为5V。

计算输出电压的公式

1. O/P Voltage = (Reference Voltage / Resolution) x Digital Value

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例如，如果我们使用5V作为参考电压，并假设数字值为2048。那么计算DAC输出。

1. O/P Voltage = (5/ 4096) x 2048 = 2.5V

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MCP4725的引脚说明

以下MCP4725的图像清楚地显示了各个引脚名称。

MCP4725的引脚	用途
OUT	输出模拟电压
GND	GND用于输出
SCL	I2C串行时钟线
SDA	I2C串行数据线
VCC	输入参考电压5V或3.3V
GND	GND用于输入

MCP4725 DAC中的I2C通信

该DAC IC可以使用I2C通信与任何微控制器连接。 I2C通信仅需要两条线SCL和SDA。默认情况下，MCP4725的I2C地址为0x60或0x61或0x62。我使用的这个电路板的地址是0x61。使用I2C总线，我们可以连接多个MCP4725 DAC IC。唯一的问题是我们需要更改IC的I2C地址。

在本篇文章中，我们将使用Arduino Uno开发板连接MCP4725 DAC IC，并使用电位计为Arduino引脚A0提供模拟输入值。然后ADC将用于将模拟值转换为数字形式。之后，这些数字值通过I2C总线发送到MCP4725，并使用DAC MCP4725 IC转换为模拟信号。 Arduino引脚A1用于从引脚OUT检查MCP4725的模拟输出，最后在1602 LCD显示屏中显示ADC和DAC值以及电压。

所需的组件

●    Arduino Nano / Arduino Uno开发板

●    1602 LCD显示模块

●    MCP4725 DAC IC

●    10k电位器

●    面包板

●    跳线

电路原理图

下表显示了MCP4725 DAC IC、Arduino Nano和万用表之间的连接

MCP4725	Arduino Nano	万用表
SDA	A4	NC
SCL	A5	NC
A0或OUT	A1	+ ve终端
GND	GND	-ve终端
VCC	5V	NC

将电位器的中间引脚连接到Arduino Nano的A0模拟输入，左侧引脚连接到GND，右侧引脚连接到Arduino的5V。

DAC Arduino编程

在本文末尾处给出了完整的Arduino代码。这里我们逐行解释代码。

首先，使用wire.h和liquidcrystal.h库包含I2C和LCD库。

1. #include<Wire.h>            
   
2. #include <LiquidCrystal.h>

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接下来根据我们与Arduino Nano连接的引脚定义并初始化LCD引脚

1. LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7); //Define LCD display pins RS,E,D4,D5,D6,D7

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接下来定义MCP4725 DAC IC的I2C地址

1. #define MCP4725 0x61

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在void setup()函数中，首先在Arduino Nano的引脚A4（SDA）和A5（SCL）上开始I2C通信：

1. Wire.begin();       //Begins the I2C communication

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接下来将LCD显示器设置为1602模式并显示欢迎信息。

1. lcd.begin(16,2);               //Sets LCD in 16X2 Mode
   
2. lcd.print("CIRCUIT DIGEST");   
   
3.   delay(1000);
   
4.   lcd.clear();
   
5.   lcd.setCursor(0,0);
   
6.   lcd.print("Arduino");
   
7.   lcd.setCursor(0,1);  
   
8.   lcd.print("DAC with MCP4725");
   
9.   delay(2000);
   
10.   lcd.clear();   

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在void loop()函数中，

1.  首先在缓冲区[0]中输入控制字节值（0b01000000），（010-将MCP4725设置为写入模式）

1. buffer[0] = 0b01000000;              

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2.  以下代码从引脚A0读取模拟值并将其转换为数字值（0-1023）。 Arduino ADC的分辨率为10位，因此乘以4得出：0-4096，因为DAC的分辨率为12位。

1. adc = analogRead(A0) * 4;      

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3.  接下来的代码用于从ADC输入值（0至4096）和参考电压5V中得到相应的电压

1. float ipvolt = (5.0/4096.0)* adc;

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4.  下面的第一行代码通过在ADC变量中将4位向右移位来将最高有效位值置于缓冲器[1]中，第二行通过在ADC变量中将4位向左移位来将最低有效位值置于缓冲器[2]中。

1. buffer[1] = adc >> 4;              
   
2. buffer[2] = adc << 4;        

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5.  以下语句读取A1输出的模拟电压，即DAC输出（MCP4725 DAC IC的OUTPUT引脚）。此引脚也可以连接到万用表以检查输出电压。

1. unsigned int analogread = analogRead(A1)*4 ;  

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6.  此外，使用下面的公式基于analogread计算电压值

1. float opvolt = (5.0/4096.0)* analogread;

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7.  以下代码用于开始使用MCP4725进行传输

1. Wire.beginTransmission(MCP4725);   

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将控制字节发送到I2C

1. Wire.write(buffer[0]);

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将MSB发送到I2C

1. Wire.write(buffer[1]);

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将LSB发送到I2C

1. Wire.write(buffer[2]);

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结束传输

1. Wire.endTransmission();

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最后使用lcd.print()在LCD 1602显示屏上显示这些结果

1. lcd.setCursor(0,0);     
   
2. lcd.print("A IP:");
   
3.   lcd.print(adc);         
   
4.   lcd.setCursor(10,0);
   
5.   lcd.print("V:");        
   
6.   lcd.print(ipvolt);
   
7.   lcd.setCursor(0,1);
   
8.   lcd.print("D OP:");
   
9.   lcd.print(analogread);   
   
10.   lcd.setCursor(10,1);
    
11.   lcd.print("V:");
    
12.   lcd.print(opvolt);         
    
13.   delay(500);
    
14.   lcd.clear();   

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使用MCP4725和Arduino进行数模转换

完成所有电路连接并将代码上传到Arduino后，变换电位器并观察LCD上的输出。第一行LCD将显示输入ADC值和电压，第二行将显示输出DAC值和电压。

您还可以通过将万用表连接到MCP4725的OUT和GND引脚来检查输出电压。

以上就是我们如何通过DAC模块MCP4725与Arduino连接来实现将数字值转换为模拟值。

代码

本文使用的完整代码如下： main.rar (914 Bytes, 下载次数: 138)

2019-2-23 09:34 上传

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