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使用D/A转换器灵活控制电压并使用Arduino输出模拟信号的方法 Arduino具有输出数字信号和PWM信号等功能，但不具备输出模拟信号的功能。这次，我们将为您介绍能够实现这种模拟信号输出的D/A转换器。 目录 什么是D/A转换器？ 如何通过Arduino使用D/A转换器？ 尝试用Arduino控制D/A转换器 连接设备数字和人类模拟的桥梁——D/A转换器 1. 什么是D/A转换器？ 数字信号是由二进制数字0和1表示的信号。在电子电路领域，有时也用“LOW/HIGH”或“ON/OFF”来表示。而自然界中的现象和人类能够感知的信号都属于模拟信号。模拟信号的特点是其大小、时间和数量是连续的。 D/A转换器是一种能够将数字信号转换为模拟信号并输出的转换器。 音频和视频属于模拟信号。然而，近年来，音频处理和图像、视频处理开始需要数字信号了。处理模拟信号时不支持滤波处理和压缩，而数字信号则支持。将处理后的数字信号转换回模拟信号就需要用到D/A转换器。 2. 如何通过Arduino使用D/A转换器？ Arduino包括Arduino Uno、Arduino Leonardo和Arduino Nano等多种产品。 Arduino Due是内置D/A转换器的Arduino之一。不过Due的外形与Arduino Uno不同，工作电压为3.3V，使用方法也有所不同。 如果要使用已经很普及的Arduino Uno来输出模拟信号的话，就需要外置D/A转换器IC。 3. 尝试用Arduino控制D/A转换器 这次，我们不使用内置D/A转换器的扩展板，而是尝试将D/A转换器IC直接连接到Arduino，看看能否输出模拟信号。我们使用的是ROHM的D/A转换器IC“BH2219FVM”（8bit分辨率，双通道）。 由于BH2219FVM为MSOP8封装，所以我们将使用转换板来使其适配万用板。 与I2C和SPI方式的D/A转换器不同，这种DA转换器通过三线制串行通信运行。由于它是自有方式，并不符合特定协议，因此需要自己创建串行通信处理，以便D/A转换器在草图中正常工作。 一边查看BH2219FVM的技术规格书一边与Arduino连接。将示波器探头连接到输出引脚并确认波形 BH2219FVM的技术规格书中提供了详细的使用方法。除了最大额定值和电气特性外，技术规格书中还提供怎样施加信号才工作的操作规范，需要一边阅读这些内容一边思考处理方法。 BH2219FVM的控制方法很简单。将输出模拟信号的端口（4bit）和8bit数据（4bit＋8bit＝12bit）以1bit为单位依次传输至DI引脚。BH2219FVM在CLK引脚的上升沿读取DI引脚。12bit传输完成后，如果LD引脚ON，则输出与数据对应的模拟信号。 下面以向AO1端口输出2.5V电压为例进行说明。 根据上表“通道设置（BH2219FVM）”，前4位表示“AO1端口”的固定值是“0000”。 接下来的数据是表示“2.5V”的8位值，通过 “256 × 输出电压 ÷ 电源电压 ＝ 数据” 进行计算。结果是： “256 × 2.5 ÷ 5 ＝ 128”。 由于2.5V是“电源电压的一半”，所以数据是“8位能表示的数字（256）的一半”，也就是“128”。用二进制表示时，128是“10000000”。 通过使DI引脚按照CLK引脚ON的时序依次ON/OFF（1/0），将“0000”和“10000000”发送给BH2219FVM。最后，只要使LD引脚ON、OFF，BH2219FVM即可输出2.5V的模拟信号。 下面的草图是通过串行通信将数据从Arduino发送至BH2219FVM，并将“锯齿波”输出至BH2219FVM的AO1引脚。 #define LD 8 #define CLK 7 #define DI 6 boolean D ; //将输入的数值转换为二进制并保存在数组D0～D7中 int binary(int out) { int i = 0; for (i = 0; i < 8; i++) { D = out % 2; out = out / 2; } } //将输出端口指定结果保存在数组D8～D11中 int chSelect(int outPin) { int i; if (outPin == 1) { for (i = 8; i < 12; i++) { D = LOW; } } else if (outPin == 2) { D = HIGH; for (i = 9; i < 12; i++) { D = LOW; } } } //将数组输出到DAC void outConfirm() { int i; = 0; i--) { digitalWrite(DI, D ); digitalWrite(CLK, HIGH); digitalWrite(DI, LOW); digitalWrite(CLK, LOW); } digitalWrite(LD, HIGH); digitalWrite(LD, LOW); } //将输出值和输出端口传递给每个变量 int operationOut(int value, int ch) { binary(value); chSelect(ch); outConfirm(); } void setup() { //将DA转换器用的引脚初始化 pinMode(LD, OUTPUT); pinMode(CLK, OUTPUT); pinMode(DI, OUTPUT); digitalWrite(LD, LOW); } void loop() { int i; //输出锯齿波 for (i = 0; i <= 255; i++) { operationOut(i, 1); //固定为AO1输出 } } 这个草图更注重易于理解，所以效率并不是非常好，转换周期有点慢。 下面对草图中的每块工作逐一进行解释。 #define LD 8 #define CLK 7 #define DI 6 boolean D ; 首先，将要连接的D/A转换器的引脚和Arduino的引脚编号建立关联。LD是引脚8，CLK是引脚7，DI是引脚6。接下来，定义了数组D，用来保存要发送到DI引脚的12bit信息。为了保存12bit分别对应的0/1，需要12个数组元素。由于只保存0和1，所以我们使用boolean数据类型。 void setup() { //将DA转换器用的引脚初始化 pinMode(LD, OUTPUT); pinMode(CLK, OUTPUT); pinMode(DI, OUTPUT); digitalWrite(LD, LOW); } 通过setup函数来设置要使用的引脚的工作。三个引脚都用于输出。在setup函数中将LD引脚指定为LOW，旨在防止其状态不稳定。 void loop() { int i; //输出锯齿波 for (i = 0; i <= 255; i++) { operationOut(i, 1); //AO1出力 } } 通过loop函数，将“要输出的数据”和“端口编号”传递给operationOut函数（该函数用来将信号输出至后述的D/A转换器）。对于“要输出的数据”，使用for语句设置了从0到255逐步增加的值。由于每次调用loop函数时都会重复该工作，因此输出的电压是“锯齿波”。 int operationOut(int value, int ch) { chSelect(ch); binary(value); outConfirm(); } 通过operationOut函数已将参数传递给执行实际处理的函数。然后调用三个函数：将端口编号（高4位）扩展为0或1的chSelect函数、将要输出的数据（低8位）扩展为0或1的binary函数、以及将数组D的内容传输给D/A转换器的outConfirm函数。 int chSelect(int outPin) { int i; if (outPin == 1) { for (i = 8; i < 12; i++) { D = LOW; } } else if (outPin == 2) { D = HIGH; for (i = 9; i < 12; i++) { D = LOW; } } } 通过chSelect函数进行高4位的操作。当从参数中指定端口编号1时，0被保存在数组D的元素8到元素11中。当从参数中指定端口编号2时，1被保存在数组D的元素8中，0被保存在元素9到元素11中。 int binary(int out) { int i = 0; for (i = 0; i < 8; i++) { D = out % 2; out = out / 2; } } 通过binary函数将传来的十进制数转换为8位二进制数，并将其保存在D 到D 中。在二进制转换中多用该技术。通过for语句重复执行“求除以2后的余数（最低位是0还是1？）、除以2（舍去最低位）”，以“从最低位依次转换为二进制数”。 void outConfirm() { int i; = 0; i--) { digitalWrite(DI, D ); digitalWrite(CLK, HIGH); digitalWrite(DI, LOW); digitalWrite(CLK, LOW); } digitalWrite(LD, HIGH); digitalWrite(LD, LOW); } 通过最后的outConfirm函数，将数组D中的数据传输给D/A转换器并输出模拟信号。 数组D中0/1的排列顺序与传输给D/A转换器时的顺序相反。因此，for语句从11到0按降序循环，并以正确的顺序输出数组D的内容。在循环中，也同时执行CLK处理。for语句结束后，当加上LD引脚的上升沿信号时，将从D/A转换器输出与传输数据对应的模拟信号。 下面是用示波器观测到的每个点的电压图。 用Arduino使BH2219FVM工作时的波形，输出了来自D/A转换器输出引脚的19Hz锯齿波。 查看DI引脚（上）和CLK引脚（下）的波形。可以看到DI引脚是如何根据CLK的动作进行ON/OFF的。 将波形放大，可以看到信号是如何被发送的。图像显示180的信号被发送到D/A转换器的AO1引脚。根据该信号输出3.52V的电压。 4. 连接设备数字和人类模拟的桥梁——D/A转换器 随着数字化的进步，D/A转换器被广泛应用于AV设备、通信设备、电机驱动设备等各种产品中。 通过在Arduino中增加使用了D/A转换器的模拟信号处理功能，使其能够在各种场景中大显身手 在本文的案例中，数据传输方式可能看起来有点复杂，但如果使用支持I2C或SPI等通用数据传输标准的D/A转换器，用起来就更轻松、更简单了。在您需要模拟输出的时候，不妨尝试一下D/A转换器！ 来源：techclass