Cortex-M3學習日志（五）-- -- DAC實驗

圖1-1 DAC原理框圖

數(shù)字量以串行或并行方式輸入，存儲于數(shù)碼寄存器中，數(shù)碼寄存器輸出的名位數(shù)碼分別控制對應的模擬開關，使數(shù)碼為1的位在位權網絡上產生與其值成正比的電流值或電壓值，再由求和電路將各權值相加，即得到數(shù)字量對應的模擬量。按解碼網絡結構不同可以將DAC轉換器分成T型電阻網絡D/A轉換器、倒T型電阻網絡D/A轉換器、權電流D/A轉換器、權電阻網絡轉換器。

1、T型電阻網絡D/A轉換器，其簡單模型如下圖所示：

圖1-2 T型電阻網絡D/A轉換器模型

2、倒T型電阻網絡D/A轉換器簡易模型

圖1-3倒T型電阻網絡D/A轉換器

3、權電流D/A轉換器簡易模型如下圖所示：

圖1-4權電流D/A轉換器簡易模型

4、權電阻網絡轉換器簡易模型如下圖所示：

圖1-5權電阻網絡轉換器簡易模型

按模擬電子開關的電路的不同，也可以將D/A轉換器分為CMOS開關型D/A轉換器（速度要求不高），雙極型D/A轉換器。而雙極型D/A轉換器雙可以劃分為電流開關型（速度要求較高）與ECL電流開關型（轉換速度更高）兩種。如果對歐姆定律不陌生的話，我想上面各個模型是如何輸出電壓的應該就可以理解了，在這里就不總結公式了，因為這只是模型，對應，實際電路與模型是有所出入的，在實際應用中要著重關注一下以下幾個參數(shù)：

1、分辨率

D/A轉換器的分辨率用最小分辨電壓VLSB與滿量程輸出電壓VFSV的比值來表示：

從上式可以看出D/A轉換器的分辨率只與輸入二進制數(shù)的位數(shù)n有關，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、轉換精度

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

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

2）漂移誤差：一般是由于運算放大器的零點漂移引起。

3）增益誤差：一般是由于參考電壓偏離標準值、運放增益不穩(wěn)定引起。

3、轉換速度

轉換速度一般由建立時間決定，從輸入由全0突變全1起，到輸出電壓穩(wěn)定（最大輸出電壓正負二分之一最小輸出電壓）止，稱為DAC轉換時間。它是DAC最大響應時間。例如，DAC 5G7520響應時間不大于500ns。

除了以上三個常見的指標D/A轉換器的指標還包括電源抑制比、功率消耗、溫度系數(shù)以及輸入高、低邏輯電平的數(shù)值等技術指標。關于D/A的應用，應該說在電子系統(tǒng)中應用相當廣泛，除了在微機系統(tǒng)中將數(shù)字量轉換為模擬量典型應用之外，還常用于波形生成，名種數(shù)字式的或編程應用等。

好了，關于D/A轉換器的知識暫時總結到這，更深入的知道還需要翻一下模電，信號與線性系統(tǒng)（好像里面有奈奎斯特定理，與采樣有關），微電子，放大器等方面的書籍。下面簡單總結一下LPC1768內部集成的D/A轉換器。LPC1768內部集成的是10位模數(shù)轉換器，它是電阻串聯(lián)結構的，并且?guī)в芯彌_輸出，最大輸出頻率為1MHz。電阻串聯(lián)結構模型如下圖所示：

圖1-6電阻串聯(lián)結構

涉及到D/A的引腳主要有DAC輸出腳P0.26，參考電壓引腳，用來給D/A轉換器提供參考電壓，模擬電源與數(shù)字電源VDD/VSS，這個兩個電源要分開提供，再不使用DAC時也要將這兩個引腳連接到電源，不能懸空，不然系統(tǒng)會不穩(wěn)定。

DAC的配置也很簡單，首先就是將P0.26設置為DAC模式，再一個就是配置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，這個數(shù)字決定了要輸出的電壓大小，DAC輸出電壓的計算方法是：

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，在這次實驗電路中用的是3.3V。LPC1768的DAC功能還有DAM中斷和定時控制功能，它采用又緩沖方式輸出。在這里簡單總結一下DAM模式，所謂的DAM模式也就是Direct Memory Access，漢語的意思就是直接內存訪問，是一種不經過CPU而直接從內存存取數(shù)據的數(shù)據交換模式。在DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達指令，讓DMA控制器來處理數(shù)據的傳送，數(shù)據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，其中所能達到的最大傳輸速率也只有16.6MB/s。DMA有兩個技術特征，首先是直接傳送，其次是塊傳送。

DMA工作過程

⑴當進程要求設備輸入數(shù)據時，CPU把準備存放輸入數(shù)據的內存起始地址以及要傳送的字節(jié)數(shù)分別送入DMA控制器中的內存地址寄存器和傳送字節(jié)計數(shù)器。

⑵發(fā)出數(shù)據傳輸要求的進行進入等待狀態(tài)。此時正在執(zhí)行的CPU指令被暫時掛起。進程調度程序調度其他進程占據CPU。

⑶輸入設備不斷地竊取CPU工作周期，將數(shù)據緩沖寄存器中的數(shù)據源源不斷地寫入內存，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，通過中斷請求線發(fā)出中斷信號。CPU在接收到中斷信號后，轉入中斷處理程序進行后續(xù)處理。

⑸中斷處理結束后，CPU返回到被中斷的進程中，或切換到新的進程上下文環(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)據緩沖寄存器滿之后發(fā)出中斷，要求CPU進行中斷處理，而DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據塊全部傳送結束時要求CPU進行中斷處理。這就大大減少了CPU進行中斷處理的次數(shù)。

⑵中斷方式的數(shù)據傳送是在中斷處理時由CPU控制完成的，而DMA方式則是在DMA控制器的控制下，不經過CPU控制完成的。這就排除了CPU因并行設備過多而來不及處理以及因速度不匹配而造成數(shù)據丟失等現(xiàn)象。

在DMA方式中，由于I/O設備直接同內存發(fā)生成塊的數(shù)據交換，因此I/O效率比較高。由于DMA技術可以提高I/O效率，因此在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，得到了廣泛的應用。許多輸入輸出設備的控制器，特別是塊設備的控制器，都支持DMA方式。

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

好了，關于DAM的知識先總結到這，要想使用LPC1768的DAM功能，需要配置D/A轉換控制寄存器DACCTRL與DAC轉換計數(shù)寄存器DACCNTVAL。這次實驗只是簡單的學習怎樣使用DAC，所以沒有用到DAM。下面說一下實驗電路，就是把DAC轉換的電壓通過放大器輸出到Speaker，電壓值不同，則Speaker的響度就不一樣，如下圖所示：

圖1-7 DAC實驗電路圖

關于LM386M已經是爛大街的芯片，關于它的應用網上有成大堆的資料可供參考，這里就不總結它的用法了，下面貼上這次實驗的程序：

關于LM386M已經是爛大街的芯片，關于它的應用網上有成大堆的資料可供參考，這里就不總結它的用法了，下面貼上這次實驗的程序：

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

}

}

程序很簡單，就是簡單的測試，能從Speaker聽到響聲，同時我也把結果發(fā)送到了串口顯示，下面是實驗的結果：

圖1-8實驗執(zhí)行結果