基于MCP4725 DAC設(shè)計(jì)一個(gè)使用Raspberry Pi的數(shù)模轉(zhuǎn)換器

　　微控制器只處理數(shù)字值，但在現(xiàn)實(shí)世界中我們必須處理模擬信號(hào)。這就是為什么 ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）可以將現(xiàn)實(shí)世界的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以便微控制器可以處理信號(hào)。但是，如果我們需要來自數(shù)字值的模擬信號(hào)怎么辦，那么就來了 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。

　　DAC 可用于許多應(yīng)用，例如電機(jī)控制、控制 LED 燈的亮度、音頻放大器、視頻編碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

　　我們已經(jīng) 將 MCP4725 DAC 模塊與 Arduino和 STM32 連接起來。今天我們將使用相同的 MCP4725 DAC IC 來設(shè)計(jì)一個(gè) 使用 Raspberry Pi 的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。假設(shè)您已經(jīng)在 Raspberry PI 上安裝了最新的操作系統(tǒng)，并且可以通過 SSH 訪問它。

　　所需組件

　　樹莓派 3 B+（安裝了 Raspbian 操作系統(tǒng)）

　　MCP4725 DAC集成電路

　　16x2 液晶顯示器

　　面包板

　　連接電線

　　MCP4725 DAC 模塊（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）

　　MCP4725 IC 是一款 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，用于生成（0 至 5V）的輸出模擬電壓，并通過 I2C 通信進(jìn)行控制。它還帶有板載非易失性存儲(chǔ)器 EEPROM。

　　該 IC 具有 12 位分辨率。這意味著我們使用（0 到 4096）作為輸入來提供相對(duì)于參考電壓的電壓輸出。最大參考電壓為 5V。

　　計(jì)算輸出電壓的公式

　　O/P 電壓 = （參考電壓/分辨率） x 數(shù)字值

　　例如，如果我們使用 5V 作為參考電壓，假設(shè)數(shù)字值為 2048。因此要計(jì)算 DAC 輸出。

　　O/P 電壓 = （5/ 4096） x 2048 = 2.5V

　　MCP4725的引腳排列

　　下面是 MCP4725 的圖像，清楚地標(biāo)明了引腳名稱。

　　該 IC 可以使用 I2C 通信進(jìn)行控制，只需要兩條線 SCL 和 SDA。默認(rèn)情況下，MCP4725 的 I2C 地址為 0x60。現(xiàn)在我們了解了 Raspberry pi 中的 I2C 通信。

　　Raspberry Pi 中的 I2C 引腳

　　為了將 MCP4725 與 Raspberry Pi 一起使用，首先要做的是了解 Raspberry Pi I2C 端口引腳并在 Raspberry pi 中配置 I2C 端口。

　　下面是樹莓派 3 Model B+ 的引腳圖，本教程使用I2C 引腳 GPIO2 （SDA）和 GPIO3 （SCL）。

　　在樹莓派中配置 I2C

　　默認(rèn)情況下，I2C 在 Raspberry Pi 中是禁用的。所以首先必須啟用它。在 Raspberry Pi 中啟用 I2C

　　1. 轉(zhuǎn)到終端并鍵入sudo raspi-config。

　　2. 現(xiàn)在樹莓派軟件配置工具出現(xiàn)了。

　　3. 選擇接口選項(xiàng)，然后啟用 I2C。

　　4. 啟用 I2C 后重啟 Pi。

　　使用樹莓派掃描 MCP4725 的 I2C 地址

現(xiàn)在為了開始與 MCP4725 IC 通信，Raspberry Pi 必須知道它的 I2C 地址。要找到地址，首先將 MCP4725 的 SDA 和 SCL 引腳連接到 Raspberry Pi 的 SDA 和 SCL 引腳。還要連接 +5V 和 GND 引腳。

現(xiàn)在打開終端并輸入以下命令以了解連接的 I2C 設(shè)備的地址，

sudo i2cdetect –y 1或sudo i2cdetect –y 0

現(xiàn)在找到 I2C 地址后，是時(shí)候安裝必要的庫了，以便將MCP4725 與 Raspberry Pi 一起使用。

將 MCP4725 Adafruit 庫安裝到 Raspberry Pi 中

為了將MCP4725 DAC 板與 Raspberry Pi 的 I2C 總線一起使用，使用了 Adafruit MCP4725 庫。要下載并安裝庫，請(qǐng)按照下列步驟操作：

1. 確保 Raspberry Pi 已連接到活躍的互聯(lián)網(wǎng)。

2.接下來打開一個(gè)終端并一一運(yùn)行以下行。

sudo apt-get install git build-essential python-dev 
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_MCP4725.git 
cd Adafruit_Python_MCP4725 
sudo python setup.py install

3. 安裝成功后，Adafruit MCP4725 庫現(xiàn)在可以在任何 python 腳本中使用該行導(dǎo)入

導(dǎo)入 Adafruit_MCP4725

安裝 Adafruit LCD 顯示庫

此項(xiàng)目中使用 LCD 來顯示 DAC 和模擬電壓值，因此要在 Raspberry Pi 中下載并安裝 LCD 庫，請(qǐng)按照以下步驟操作：

1.打開一個(gè)終端窗口，并逐行運(yùn)行以下幾行。

apt-get install git 
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_CharLCD.git
 cd Adafruit_Python_CharLCD 
sudo python setup.py install

2. 安裝 LCD 庫后，現(xiàn)在可以使用以下行從任何 python 腳本中使用 Adafruit_python_CharLCD

導(dǎo)入 Adafruit_CharLCD 作為 LCD?

　　現(xiàn)在 Raspberry Pi 已準(zhǔn)備好為數(shù)模轉(zhuǎn)換器編寫代碼，所以讓我們連接電路，如下圖所示。

　　電路圖和連接

　　下面給出了將DAC IC MCP4725 與 Raspberry Pi 一起使用的電路圖：

　?。?6x2） LCD 和 Raspberry Pi 之間的電路連接

　　MCP4725 和樹莓派之間的電路連接

　　完整的設(shè)置將如下所示：

　　為數(shù)模轉(zhuǎn)換編程 Raspberry Pi

　　本教程末尾提供了用于 Raspberry Pi 的完整 Python 代碼。只需使用任何 SSH 客戶端（如 Putty）或任何 FTP 客戶端（如 FileZilla）將其上傳到樹莓派，或者您可以通過連接監(jiān)視器將程序直接寫入樹莓派。在此處了解有關(guān)對(duì)樹莓派編程的更多信息。

為數(shù)模轉(zhuǎn)換編程 Raspberry Pi

在這個(gè)程序中，一個(gè) 0-4096 的數(shù)字值通過 I2C 總線從 Raspberry Pi 發(fā)送到 MCP4725，以產(chǎn)生 0 到 5V 的模擬輸出電壓，可以用萬用表進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)字和模擬值都顯示在16x2 LCD上。在我們的程序中，使用for循環(huán)（0,150,300,450…4050）以 150 的增量發(fā)送數(shù)字值。讓我們?cè)敿?xì)看看這個(gè)程序。

首先包括所有必需的庫。這里使用了 LCD、MCP4725 和時(shí)庫。

import Adafruit_CharLCD as LCD    
import Adafruit_MCP4725
導(dǎo)入時(shí)間

接下來定義 LCD 引腳以及編號(hào)。行和列。我們知道 16X2 LCD 有 2 行 16 列。在此處了解有關(guān)將LCD 與 Raspberry Pi 連接的更多信息。

lcd_rs = 25 
lcd_en = 24 
lcd_d4 = 23 
lcd_d5 = 17 
lcd_d6 = 18 
lcd_d7 = 22 
lcd_backlight = 4

# 定義 16x2 LCD 的 LCD 列和行大小。
lcd_columns = 16 
lcd_rows = 2 
lcd = LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs, lcd_en, lcd_d4, lcd_d5, lcd_d6, lcd_d7,lcd_columns, lcd_rows, lcd_backlight)

接下來在 LCD 上顯示一些歡迎信息 5 秒鐘。

lcd.message('Circuit Digest') time.sleep 
(2.0) 
lcd.message('\nDAC using Rpi') time.sleep 
(5.0) 
lcd.clear()

在下一行中，使用 MCP4725 DAC IC 的 I2C 地址創(chuàng)建了一個(gè) DAC 實(shí)例。我的板子地址是0x60，根據(jù)你的板子改。

dac = Adafruit_MCP4725.MCP4725（地址=0x60）

接下來，在while循環(huán)中使用for循環(huán)來更改通過 I2C 總線發(fā)送到 MCP4725 的數(shù)字值 x。for循環(huán)范圍是 (0,4095,150)?。x 值從 0 到 4050 變化，增量為 150。

而 True：
    對(duì)于范圍內(nèi)的 x（0,4097,150）：

使用以下行將數(shù)字值發(fā)送到 MCP4725

dac.set_voltage(x)

根據(jù)數(shù)字值，使用公式計(jì)算模擬值，其中 5 是參考電壓，x 是數(shù)字值。

電壓 = x/4096.0*5.0

然后數(shù)字值和模擬值顯示在 LCD 上，延遲 2 秒，使用以下行

           lcd.cursor_pos = (0,0) 
           lcd.message("DAC 值：" + str(x)) 
           lcd.message("\nAnalogVolt: %.2f" % 電壓) time.sleep 
           (2)

　　這里數(shù)字值顯示在液晶顯示屏的第一行，模擬值顯示在第二行。萬用表也連接到 MCP4725 輸出引腳以驗(yàn)證模擬電壓。

import Adafruit_CharLCD as LCD

import Adafruit_MCP4725

導(dǎo)入時(shí)間

lcd_rs = 25

lcd_en = 24

lcd_d4 = 23

lcd_d5 = 17

lcd_d6 = 18

lcd_d7 = 22

lcd_backlight = 4

# 定義 16x2 LCD 的 LCD 列和行大小。

lcd_columns = 16

lcd_rows = 2

lcd = LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs, lcd_en, lcd_d4, lcd_d5, lcd_d6, lcd_d7,

lcd_columns, lcd_rows, lcd_backlight)

lcd.message('Circuit Digest') time.sleep

(2.0)

lcd.message('\nDAC using Rpi') time.sleep

(5.0)

lcd.clear()

dac = Adafruit_MCP4725.MCP4725(address=0x60)

而真：

對(duì)于范圍內(nèi)的x（0,4097,150）：

打?。▁）

dac.set_voltage（x）

lcd.cursor_pos =（0,0）

lcd.message（“DAC值：”+ str（x））

電壓= x/4096.0*5.0

lcd.message("\nAnalogVolt: %.2f" % 電壓) time.sleep(

2)

lcd.clear()