如何使用Arduino-Atmega 2560微控制器实现8位DAC（数模转换）？

Question

我正在做一个录音机和播放器项目。 我想同时实现ADC（模拟到数字）和DAC（数字到模拟）转换器。 该代码应在Arduino-Atmega 2560（Atmel Microcontroller）中实现。 我尝试实现ADC，发现以下代码：

void setup() 
{
    Serial.begin (9600);
    ADCSRA |= ((1<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (1<<ADPS0));
    ADMUX |=(1<<REFS0);
    ADCSRA |= (1<<ADEN);
    ADCSRA |= (1<<ADSC);
}

int read_adc( int channel )
{
    ADMUX &=0xE0;
    ADMUX |= channel & 0x07l;
    ADCSRB = channel & (1<<ADSC);
    ADCSRA |= (1<<ADSC);
    while (ADCSRA & (1<<ADSC))
    {
        return ADCW;
    }
}

void loop() 
{
    int w = read_adc(0);
    Serial.write(w);
}

在这里，我将数字化信号发送到串行端口。 我有两个问题：1-如何修改此代码以用作8位ADC？ 2-如何像以前一样实现DAC？ 我的意思是如何从串行中读取数字信号，然后将其转换为模拟信号，如上面的算法？

谢谢您的帮助。

Answer 1

ATMega2560没有DAC外设，但是，如果您的带宽要求相对较低，则可以将PWM输出与适当的外部模拟滤波配合使用，以产生可变的输出电压（与脉冲宽度成比例）。

PWM频率越高，带宽越高，但是分辨率越低，因此需要进行权衡。 一个简单的低通RC滤波器就足够了。 在某些情况下（例如，LED或DC电动机驱动器），您根本不需要任何滤波，而在任何情况下，PWM都是驱动此类负载的更有效方法。 但是，对于音频应用程序，通常需要进行滤波，除非直接驱动D类放大器 。

要实现8位DAC，您需要将PWM配置为每个周期256个计数，然后只需将脉冲宽度设置为从0到255个计数即可。 经过充分滤波后，将产生一个模拟电压。 为了使滤波尽可能简单，PWM频率应尽可能高，并且滤波器的截止频率至少应设置为该频率的一半，最好小于f / 5或更高。 这将确定您的音频带宽。 对于语音来说，3Khz足够了（电话质量）； 4.5KHz是AM广播质量，而15KHz是FM广播/ HiFi质量。

有许多在线资源可供参考，有关使用PWM作为DAC和必要的滤波的文章。 例如http://ltwiki.org/images/8/82/PWM_Filters.pdf

Answer 2

如果您的电路板上没有DAC，则可以使用附加的DAC IC，并将其与GPIO端口简单连接。 我在一个项目中做到了这一点，在该项目中，我使用了CortexM0微控制器的GPIO和DAC为直流电动机生成模拟输出。 根据您的应用类型，您可能还需要一个opAmp来放大DAC输出。

Answer 3

市场上有许多使用SPI总线输入的DAC器件，分辨率从8位到16位（及更高）。 我研究了所有其他选择，恕我直言，价格和分辨率之间最好的折衷方案是MCP4xxx系列。

Adafruit的MCP4921分支电路板可轻松提供12位单通道。 我选择使用MCP4822提供12位双通道分辨率。 MCP48xx系列还具有一个内部基准电压源，可以在面对可变电源电压时确保稳定的输出电压。 这比使用外部Vref的MCP49xx系列的灵活性差。

由于AVR（Arduino）电源上的数字噪声通常超过20mV，因此使用12位以上的分辨率（1mv LSB）似乎无法获得更高的精度。 同样，16位DAC的成本也大大超过MCP4xxx系列。

如果需要直流输出，则可以使用OpAmp缓冲DAC。 另外，如果您只需要AC（音频），那么可以买到便宜的耳机放大器 ，作为放大器发挥很大的作用。

如果您需要使用AVR SPI总线作为数据源（例如uSD卡），并且该源很慢，则可以在中断状态下使用ATSPI2560上的USART端口以MSPI模式驱动DAC，而不会干扰SPI主接口。

这是在ATmega1284p平台上实现的模拟接口的快照，我碰巧很方便。

DAC.h代码可以在AVRfreeRTOS的 sourceforge上找到 。