Cortex-M3學(xué)習(xí)日志（五）-- -- DAC實(shí)驗(yàn)

圖1-1 DAC原理框圖

數(shù)字量以串行或并行方式輸入，存儲(chǔ)于數(shù)碼寄存器中，數(shù)碼寄存器輸出的名位數(shù)碼分別控制對(duì)應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)，使數(shù)碼為1的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其值成正比的電流值或電壓值，再由求和電路將各權(quán)值相加，即得到數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同可以將DAC轉(zhuǎn)換器分成T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器。

1、T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，其簡(jiǎn)單模型如下圖所示：

圖1-2 T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器模型

2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易模型

圖1-3倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

3、權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易模型如下圖所示：

圖1-4權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易模型

4、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易模型如下圖所示：

圖1-5權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)易模型

按模擬電子開(kāi)關(guān)的電路的不同，也可以將D/A轉(zhuǎn)換器分為CMOS開(kāi)關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器（速度要求不高），雙極型D/A轉(zhuǎn)換器。而雙極型D/A轉(zhuǎn)換器雙可以劃分為電流開(kāi)關(guān)型（速度要求較高）與ECL電流開(kāi)關(guān)型（轉(zhuǎn)換速度更高）兩種。如果對(duì)歐姆定律不陌生的話，我想上面各個(gè)模型是如何輸出電壓的應(yīng)該就可以理解了，在這里就不總結(jié)公式了，因?yàn)檫@只是模型，對(duì)應(yīng)，實(shí)際電路與模型是有所出入的，在實(shí)際應(yīng)用中要著重關(guān)注一下以下幾個(gè)參數(shù)：

1、分辨率

D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率用最小分辨電壓VLSB與滿量程輸出電壓VFSV的比值來(lái)表示：

從上式可以看出D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率只與輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)n有關(guān)，因此大部分情況下我們直接把n做為分辨率如8位，10位，12位等，由此我們也可以知道分辨率值越小，分辨能力越高。

2、轉(zhuǎn)換精度

在D/A轉(zhuǎn)換器中，一般用轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述轉(zhuǎn)換精度。DAC轉(zhuǎn)換誤差是指實(shí)際輸出模擬電壓值與理想值的最大偏差。轉(zhuǎn)換誤差是一個(gè)綜合性的靜態(tài)指標(biāo)，主要由三部分構(gòu)成：

1）非線性誤差：一般是由于模擬電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降及R、2R電阻值的偏差引起。

2）漂移誤差：一般是由于運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移引起。

3）增益誤差：一般是由于參考電壓偏離標(biāo)準(zhǔn)值、運(yùn)放增益不穩(wěn)定引起。

3、轉(zhuǎn)換速度

轉(zhuǎn)換速度一般由建立時(shí)間決定，從輸入由全0突變?nèi)?起，到輸出電壓穩(wěn)定（最大輸出電壓正負(fù)二分之一最小輸出電壓）止，稱(chēng)為DAC轉(zhuǎn)換時(shí)間。它是DAC最大響應(yīng)時(shí)間。例如，DAC 5G7520響應(yīng)時(shí)間不大于500ns。

除了以上三個(gè)常見(jiàn)的指標(biāo)D/A轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)還包括電源抑制比、功率消耗、溫度系數(shù)以及輸入高、低邏輯電平的數(shù)值等技術(shù)指標(biāo)。關(guān)于D/A的應(yīng)用，應(yīng)該說(shuō)在電子系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，除了在微機(jī)系統(tǒng)中將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量典型應(yīng)用之外，還常用于波形生成，名種數(shù)字式的或編程應(yīng)用等。

好了，關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器的知識(shí)暫時(shí)總結(jié)到這，更深入的知道還需要翻一下模電，信號(hào)與線性系統(tǒng)（好像里面有奈奎斯特定理，與采樣有關(guān)），微電子，放大器等方面的書(shū)籍。下面簡(jiǎn)單總結(jié)一下LPC1768內(nèi)部集成的D/A轉(zhuǎn)換器。LPC1768內(nèi)部集成的是10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)的，并且?guī)в芯彌_輸出，最大輸出頻率為1MHz。電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型如下圖所示：

圖1-6電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)

涉及到D/A的引腳主要有DAC輸出腳P0.26，參考電壓引腳，用來(lái)給D/A轉(zhuǎn)換器提供參考電壓，模擬電源與數(shù)字電源VDD/VSS，這個(gè)兩個(gè)電源要分開(kāi)提供，再不使用DAC時(shí)也要將這兩個(gè)引腳連接到電源，不能懸空，不然系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定。

DAC的配置也很簡(jiǎn)單，首先就是將P0.26設(shè)置為DAC模式，再一個(gè)就是配置DAC控制寄存器DACDR。DAC的控制寄存器DACDR的6-15位是DAC的輸出電壓數(shù)字值，這個(gè)數(shù)字決定了要輸出的電壓大小，DAC輸出電壓的計(jì)算方法是：

公式中VDAC即指AC的控制寄存器DACDR的6-15位的值，VREF指的是參考電壓，在這次實(shí)驗(yàn)電路中用的是3.3V。LPC1768的DAC功能還有DAM中斷和定時(shí)控制功能，它采用又緩沖方式輸出。在這里簡(jiǎn)單總結(jié)一下DAM模式，所謂的DAM模式也就是Direct Memory Access，漢語(yǔ)的意思就是直接內(nèi)存訪問(wèn)，是一種不經(jīng)過(guò)CPU而直接從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。在DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達(dá)指令，讓DMA控制器來(lái)處理數(shù)據(jù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣就很大程度上減輕了CPU資源占有率，可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源。DMA模式又可以分為Single-Word DMA（單字節(jié)DMA）和Multi-Word DMA（多字節(jié)DMA）兩種，其中所能達(dá)到的最大傳輸速率也只有16.6MB/s。DMA有兩個(gè)技術(shù)特征，首先是直接傳送，其次是塊傳送。

DMA工作過(guò)程

⑴當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，CPU把準(zhǔn)備存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址以及要傳送的字節(jié)數(shù)分別送入DMA控制器中的內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器。

⑵發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸要求的進(jìn)行進(jìn)入等待狀態(tài)。此時(shí)正在執(zhí)行的CPU指令被暫時(shí)掛起。進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度其他進(jìn)程占據(jù)CPU。

⑶輸入設(shè)備不斷地竊取CPU工作周期，將數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)源源不斷地寫(xiě)入內(nèi)存，直到所要求的字節(jié)全部傳送完畢。

⑷DMA控制器在傳送完所有字節(jié)時(shí)，通過(guò)中斷請(qǐng)求線發(fā)出中斷信號(hào)。CPU在接收到中斷信號(hào)后，轉(zhuǎn)入中斷處理程序進(jìn)行后續(xù)處理。

⑸中斷處理結(jié)束后，CPU返回到被中斷的進(jìn)程中，或切換到新的進(jìn)程上下文環(huán)境中，繼續(xù)執(zhí)行。

DMA與中斷的區(qū)別

⑴中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后發(fā)出中斷，要求CPU進(jìn)行中斷處理，而DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求CPU進(jìn)行中斷處理。這就大大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)。

⑵中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是在中斷處理時(shí)由CPU控制完成的，而DMA方式則是在DMA控制器的控制下，不經(jīng)過(guò)CPU控制完成的。這就排除了CPU因并行設(shè)備過(guò)多而來(lái)不及處理以及因速度不匹配而造成數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。

在DMA方式中，由于I/O設(shè)備直接同內(nèi)存發(fā)生成塊的數(shù)據(jù)交換，因此I/O效率比較高。由于DMA技術(shù)可以提高I/O效率，因此在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，得到了廣泛的應(yīng)用。許多輸入輸出設(shè)備的控制器，特別是塊設(shè)備的控制器，都支持DMA方式。

通過(guò)上述分析可以看出，DMA控制器功能的強(qiáng)弱，是決定DMA效率的關(guān)鍵因素。DMA控制器需要為每次數(shù)據(jù)的傳送做大量的工作，數(shù)據(jù)傳送單位的增大意味著傳送次數(shù)的減少。另外，DMA方式竊取了時(shí)鐘周期，CPU處理效率降低了，要想盡量少地竊取時(shí)鐘周期，就要設(shè)法提高DMA控制器的性能，這樣可以較少地影響CPU出理效率。

好了，關(guān)于DAM的知識(shí)先總結(jié)到這，要想使用LPC1768的DAM功能，需要配置D/A轉(zhuǎn)換控制寄存器DACCTRL與DAC轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)寄存器DACCNTVAL。這次實(shí)驗(yàn)只是簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)怎樣使用DAC，所以沒(méi)有用到DAM。下面說(shuō)一下實(shí)驗(yàn)電路，就是把DAC轉(zhuǎn)換的電壓通過(guò)放大器輸出到Speaker，電壓值不同，則Speaker的響度就不一樣，如下圖所示：

圖1-7 DAC實(shí)驗(yàn)電路圖

關(guān)于LM386M已經(jīng)是爛大街的芯片，關(guān)于它的應(yīng)用網(wǎng)上有成大堆的資料可供參考，這里就不總結(jié)它的用法了，下面貼上這次實(shí)驗(yàn)的程序：

關(guān)于LM386M已經(jīng)是爛大街的芯片，關(guān)于它的應(yīng)用網(wǎng)上有成大堆的資料可供參考，這里就不總結(jié)它的用法了，下面貼上這次實(shí)驗(yàn)的程序：

一、dac.c程序源代碼

#include"includes.h"

void DACInit( void )

{

PINCON -> PINSEL1 = 0x00200000;

}

void DacOut(unsigned int val)

{

DAC -> DACR = ((val << 16)/3300) | DAC_BIAS;

}

二、main.c程序部分源代碼

void DacConver(unsigned int val)

{

unsigned int hi = 0;

unsigned int low = 0;

hi= val/1000;

low = val00/100;

DacVal[16]= (unsigned char)hi + 0x30;

DacVal[18]= (unsigned char)low + 0x30;

DacOut(val);

UARTSend(0,DacVal,25);

}

int main(void)

{

unsigned int i = 0;

SystemInit();

SysTick_Config(SystemFrequency/1000 - 1);

PortInit();

DACInit();

UARTInit(0,19200);

for(i=0;i<7;i++)

{

UARTSend(0,OpenString[i],50);

}

DacConver(2000);// 2.0v

DacConver(2500);// 2.5v

DacConver(3000);// 3.0v

DacConver(3300);// 3.0v

//LedOnMeg[4] = 4+0x30;

//UART0_SendString (KeyMeg);

while(1)

{

KeyScan();//按鍵掃描

KeyHandle(); //按鍵處理

LedHandle(); // Led處理程序

}

}

程序很簡(jiǎn)單，就是簡(jiǎn)單的測(cè)試，能從Speaker聽(tīng)到響聲，同時(shí)我也把結(jié)果發(fā)送到了串口顯示，下面是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：

圖1-8實(shí)驗(yàn)執(zhí)行結(jié)果