数字和模拟是电子学的一个组成部分。大多数设备同时具有ADC和 DAC，当需要将信号从模拟转换为数字或从数字转换为模拟时使用它们。此外，声音和光等现实世界的信号本质上是模拟的，因此无论何时必须使用这些现实世界的信号，都必须将数字信号转换为模拟信号，例如使用扬声器产生声音或控制光源。
另一种类型的 DAC 是脉冲宽度调制器 （PWM）。PWM 接收一个数字字并生成一个具有可变脉冲宽度的数字脉冲。当这个信号通过一个滤波器时，结果将是纯模拟的。一个模拟信号在一个信号中可以有多种类型的数据。
在本教程中，我们将DAC MCP4921 与 Microchip PIC16F877A 接口以进行数模转换。
在本教程中，我们将数字信号转换为模拟信号，并在16x2 LCD上显示输入数字值和输出模拟值。它将提供 1V、2V、3V、4V 和 5V 作为最终的模拟输出，这在最后给出的视频中进行了演示。
DAC 可用于许多应用 ，例如电机控制、LED 灯的控制亮度、 音频放大器、视频编码器、数据采集系统等。在直接跳转到接口部分之前，了解 MCP4921 的概述非常重要。
MCP4921 DAC（数模转换器）
MCP4921 是 12 位 DAC，因此 MCP4921 将提供 12 位输出分辨率。DAC 分辨率是指可以转换为模拟信号的数字位数。我们可以从中获得多少价值是基于公式的。对于 12 位，它 = 4096。这意味着 12 位分辨率 DAC 可以产生 4096 个不同的输出。
通过使用该值，可以轻松计算单个模拟阶跃电压。为了计算步数，需要参考电压。由于该器件的逻辑电压为 5V，因此步进电压为 5/4095（4096-1，因为数字的起点不是 1，而是 0），即 0.00122100122 毫伏。因此，更改 1 位将使模拟输出更改为 0.00122100122。
所以，这就是转换部分。MCP4921是一个 8 引脚 IC。引脚图和说明可以在下面找到。
MCP4921 IC通过SPI 协议与微控制器通信。对于 SPI 通信，设备必须是主设备，它向作为从设备连接的外部设备提交数据或命令。在 SPI 通信系统中，单个主设备可以连接多个从设备。
要提交数据和命令，了解命令寄存器很重要。
在下图中，显示了命令寄存器，
命令寄存器是一个16 位寄存器。bit-15 到 bit-12 用于配置命令。上图清楚地显示了数据输入和配置。在本项目中，MCP4921 将用作以下配置 -
所以二进制是 0011 以及由寄存器的 D11 到 D0 位确定的数据。需要提交16位数据0011 xxxx xxxx xxxx，其中MSB的前4位为配置，其余为LSB。看写命令时序图会更清楚。
根据时序图和数据表，在向 MCP4921 的整个命令写入周期内，CS 引脚为低电平。
现在是时候将设备与硬件连接并编写代码了。
所需组件
对于这个项目，需要以下组件 -
MCP4921
20兆赫晶体
显示 16x2 字符 LCD。
2k电阻-1个
33pF 电容器 - 2 个
4.7k 电阻器 - 1 个
万用表测量输出电压
面包板
5V供电，一个手机充电器即可工作。
很多连接线或 berg 线。
带有 Programmer 套件和带有编译器的 IDE 的 Microchip 编程环境
示意图
将DAC4921 与 PIC 微控制器连接的电路图 如下所示：
该电路是在面包板中构建的-
代码说明
文章末尾给出了使用 PIC16F877A 将数字信号转换为模拟信号 的完整代码。与往常一样，我们首先需要 设置 PIC 单片机中的配置位。
// PIC16F877A 配置位设置 // 'C' 源代码行配置语句 // CONFIG #pragma config FOSC = HS // 振荡器选择位（HS 振荡器） #pragma config WDTE = OFF // 看门狗定时器使能位（WDT 禁用） #pragma config PWRTE = OFF // 上电定时器使能位（PWRT 禁用） # pragma config BOREN = ON // 欠压复位使能位（BOR 使能） #pragma config LVP = OFF // 低电压（单电源）在线串行编程使能位（RB3/PGM 引脚具有 PGM 功能；低-电压编程启用） #pragma config CPD = OFF // 数据 EEPROM 存储器代码保护位（数据 EEPROM 代码保护关闭） #pragma config WRT = OFF // 闪存程序存储器写使能位（写保护关闭；所有程序存储器都可以由 EECON 控制写入） #pragma config CP = OFF // Flash 程序存储器代码保护位（代码保护关闭）
以下代码行用于集成 LCD 和 SPI 头文件，还声明了 XTAL 频率和 DAC 的 CS 引脚连接。
PIC SPI 教程和库可以在给定的链接中找到。
#include#include #include "supporing_cfile\lcd.h" #include "supporing_cfile\PIC16F877a_SPI.h" /* 硬件相关定义 */ #define _XTAL_FREQ 200000000 //晶体频率，用于延迟 #define DAC_CS PORTCbits.RC0 //声明DAC CS引脚
SPI_IniTIalize_Master ()功能针对该项目所需的不同配置稍作修改。在这种情况下，SSPSTAT 寄存器的配置方式是，在数据输出时间结束时采样输入数据以及配置为发送的 SPI 时钟发生在从活动时钟状态模式转换到空闲时钟状态模式时。其他也一样。
无效 SPI_IniTIalize_Master()
{
TRISC5 = 0; // 设置为输出
SSPSTAT = 0b11000000; //pg 74/234
SSPCON = 0b00100000; //pg 75/234
TRISC3 = 0; //设置为从模式的输出
}
此外，对于以下函数，SPI_Write() 稍作修改。数据传输将在缓冲区清空后进行，以确保通过 SPI 进行完美的数据传输。
无效 SPI_Write(char 传入)
{
SSPBUF = 传入; //将用户给定的数据写入缓冲区
while (!SSPSTATbits.BF);
}
该程序的重要部分是 MCP4921 驱动程序。这是一个有点棘手的部分，因为命令和数字数据被打孔在一起以通过 SPI 提供完整的 16 位数据。但是，该逻辑清楚地显示在代码注释中。
/*
此函数用于将数字值转换为模拟值。
*/
void convert_DAC(unsigned int value)
{
/*步长 = 2^n, 因此 12bit 2^12 = 4096
对于 5V 参考，步长将为 5/4095 = 0.0012210012210012V 或 1mV（大约）*/
unsigned int 容器;
无符号整数 MSB；
无符号整数 LSB；
/*步骤：1、将12位数据存入容器
假设数据为4095，二进制1111 1111 1111*/
container = value;
/*步骤：2 创建虚拟 8 位。因此，通过除以 256，在 LSB 中捕获高 4 位
LSB = 0000 1111*/
LSB = container/256；
/*Step: 3 发送配置打孔4位数据。
LSB = 0011 0000 或 0000 1111。结果为 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。结果是 1111 1111，即 MSB*/
MSB = 0xFF & 容器；
/*Step:4 将16bits的数据分成两个字节发送。*/
DAC_CS = 0; // 数据传输期间 CS 为低电平。根据数据表，需要
SPI_Write(LSB);
SPI_Write(MSB);
DAC_CS = 1；
}
在主函数中，使用“for 循环”来创建用于创建 1V、2V、3V、4V 和 5V 输出的数字数据。数字值是根据输出电压 / 0.0012210012210012 毫伏计算得出的。
无效 main() {
system_init();
介绍屏幕（）；
整数=0；
国际伏特=0；
而 (1) {
for (volt=1; volt<=MAX_VOLT; volt++){
number = volt / 0.0012210012210012;
清除屏幕（）；
lcd_com(FIRST_LINE);
lcd_puts("数据发送：-");
lcd_print_number(数字);
lcd_com（第二行）；
lcd_puts("输出：-");
lcd_print_number(伏特);
lcd_puts("V");
转换_DAC（数字）；
__delay_ms(300);
}
}
}
使用 PIC 测试数模转换
使用万用表测试构建的电路。在下图中，输出电压和数字数据显示在 LCD 上。万用表显示接近读数。
/*
* 文件：main.c
* 作者：苏拉夫·古普塔 *<|:-]
* 创建于：circuitdigest.com
* 项目：mcp4921 接口
* 创建于 2019 年 3 月 21 日晚上 7:05
*/
// PIC16F877A 配置位设置
// 'C' 源代码行配置语句
// 配置
#pragma config FOSC = HS // 振荡器选择位（HS 振荡器）
#pragma config WDTE = OFF // 看门狗定时器启用位（WDT 禁用）
#pragma config PWRTE = OFF // 上电定时器使能位（PWRT 禁用）
#pragma config BOREN = ON // 欠压复位使能位（BOR 使能）
#pragma config LVP = OFF // 低压（单电源）在线串行编程使能位（RB3/PGM 引脚具有 PGM 功能；低压编程使能）
#pragma config CPD = OFF // 数据 EEPROM 存储器代码保护位（数据 EEPROM 代码保护关闭）
#pragma config WRT = OFF // Flash 程序存储器写使能位（写保护关闭；EECON 控制可以写入所有程序存储器）
#pragma config CP = OFF // Flash 程序存储器代码保护位（代码保护关闭）
#include
#include
#include "supporTIng_cfile\lcd.h"
#include "supporTIng_cfile\PIC16F877a_SPI.h"
/*
硬件相关定义
*/
#define _XTAL_FREQ 200000000 //晶体频率，用于延迟
#define DAC_CS PORTCbits.RC0 //声明DAC CS引脚
/*
程序流相关定义
*/
#define MAX_VOLT 5
#define FIRST_LINE 0x80
#define SECOND_LINE 0xC0
/*
其他具体功能定义
*/
无效系统初始化（无效）；
无效 sw_delayms（无符号整数 d）；
无效转换_DAC（无符号整数数字值）；
无效清除屏幕（无效）；
无效介绍屏幕（无效）；
无效的主要（）{
系统初始化（）；
介绍屏幕（）；
整数=0；
国际伏特=0；
而（1）{
对于（伏特=1；伏特<=MAX_VOLT；伏特++）{
数字 = 伏特 / 0.0012210012210012；
清除屏幕（）；
lcd_com(FIRST_LINE);
lcd_puts("数据发送：-");
lcd_print_number(数字);
lcd_com（第二行）；
lcd_puts("输出：-");
lcd_print_number(伏特);
lcd_puts("V");
转换_DAC（数字）；
__delay_ms(300);
}
}
}
/*
此功能用于软件延迟。
*/
无效 sw_delayms（无符号整数 d）{
整数 x, y;
for(x=0;x
for(y=0;y<=1275;y++);
}
/*
该函数用于系统初始化。
*/
无效系统初始化（无效）{
TRISB = 0x00；// LCD 引脚作为输出
TRISCbits.TRISC0=0；// CS 引脚声明为输出
液晶初始化（）；//这将初始化lcd
SPI_Initialize_Master();
}
/*
此功能用于在没有命令的情况下清除屏幕。
*/
无效清除屏幕（无效）{
lcd_com(FIRST_LINE);
lcd_puts("");
lcd_com（第二行）；
lcd_puts("");
}
/*
此功能用于播放介绍。
*/
无效介绍屏幕（无效）{
lcd_com(FIRST_LINE);
lcd_puts("欢迎来到");
lcd_com（第二行）；
lcd_puts("电路文摘");
__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);
}
/*
此功能用于将数字值转换为模拟值。
*/
无效转换_DAC（无符号整数值）
{
/*步长 = 2^n，因此 12bit 2^12 = 4096
对于 5V 参考，步长为 5/4095 = 0.0012210012210012V 或 1mV（大约）*/
无符号整数容器；
无符号整数 MSB；
无符号整数 LSB；
/*Step: 1、将12位数据存入容器
假设数据为4095，二进制1111 1111 1111*/
容器=价值；
/*步骤：2 创建虚拟 8 位。因此，通过除以 256，在 LSB 中捕获高 4 位
LSB = 0000 1111*/
LSB = 容器/256；
/*Step: 3 发送配置打孔4位数据。
LSB = 0011 0000 或 0000 1111。结果为 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。结果为 1111 1111，即 MSB*/
MSB = 0xFF & 容器；
/*Step:4 将16bits的数据分成两个字节发送。*/
DAC_CS = 0；// 数据传输期间 CS 为低电平。根据数据表，它是必需的
SPI_Write(LSB);
SPI_Write(MSB);
DAC_CS = 1；
}
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