在項(xiàng)目開發(fā)過程中，手頭上的單片機(jī)沒有帶DAC資源，但又剛好需要使用到DAC。或者你的單片機(jī)確實(shí)具有DAC，但只有一個(gè)或兩個(gè)通道，這明顯是不夠用的。與單片機(jī)的模式轉(zhuǎn)換器（ADC）外設(shè)不同，集成ADC外設(shè)通常包含一個(gè)多路復(fù)用器，允許一個(gè)ADC模塊轉(zhuǎn)換連接到多個(gè)甚至數(shù)十個(gè)的模擬信號(hào)。

如果你的單片機(jī)沒有數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），只需使用脈寬調(diào)制信號(hào)和低通濾波器即可進(jìn)行替代使用，下面我們來介紹一下具體操作。

一、需要的材料：脈寬調(diào)制、電阻、電容

這里最少需要一個(gè)電阻器、一個(gè)電容器和脈寬調(diào)制功能。接下來，只需要一種對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行低通濾波的方法，如果你不介意輸出上有一些紋波，那么基本的單極RC濾波器就可以了。它的成本低到什么程度呢？就算電路板或預(yù)算只能容納一個(gè)電阻器和電容器，那么使用PWM改為DAC仍然是可行的選擇。

我們先來介紹PWM的基礎(chǔ)知識(shí)

看到這里的，肯定已經(jīng)知道什么是脈寬調(diào)制。不過，這里還是簡(jiǎn)要回顧一下基本概念，以確保在了解低通濾波器如何準(zhǔn)確地將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為可編程模擬電壓時(shí)擁有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

典型的數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)是一系列周期，其中邏輯高電壓的持續(xù)時(shí)間等于邏輯低電壓的持續(xù)時(shí)間。相反，PWM信號(hào)一系列周期中，其中邏輯高（或邏輯低）電壓的持續(xù)時(shí)間根據(jù)外部條件而變化，并且這些變化可用于傳輸信息。舉個(gè)例子，如果你熟悉無線電電路，你就會(huì)知道信息是通過應(yīng)用某種調(diào)制的正弦信號(hào)來傳輸?shù)?。這種情況就類似于PWM的功能，我們使用脈寬調(diào)制代替幅度或頻率調(diào)制，原理其實(shí)差不多。通過首先調(diào)制載波，然后以消除干擾的方式處理接收到的信號(hào)，可以將模擬音頻信號(hào)從天線傳輸?shù)绞找魴C(jī)，并恢復(fù)原始音頻信息。同樣，我們可以通過對(duì)數(shù)字載波進(jìn)行脈寬調(diào)制，然后將該調(diào)制信號(hào)“傳輸”到低通濾波器來生成可編程模擬電壓。

在上圖中，邏輯高電平被標(biāo)識(shí)為“ON”或活動(dòng)狀態(tài)，邏輯低電平被標(biāo)識(shí)為“OFF”或非活動(dòng)狀態(tài)。在第一周期中，活動(dòng)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間等于非活動(dòng)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。然后，在接下來的兩個(gè)周期中，活動(dòng)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間增加一個(gè)網(wǎng)格寬度。這意味著非活動(dòng)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間必須減少一個(gè)網(wǎng)格寬度，因?yàn)镻WM載波頻率（以及PWM周期）是恒定的。在PWM DAC的背景下，我們實(shí)際上不需要知道絕對(duì)的活動(dòng)和非活動(dòng)持續(xù)時(shí)間。重要的是持續(xù)時(shí)間之間的比率，我們根據(jù)PWM占空比進(jìn)行討論：

從占空比到模擬電壓

在低通濾波器輸出端觀察到的DAC標(biāo)稱電壓僅由兩個(gè)參數(shù)決定，即占空比和PWM信號(hào)的邏輯高電壓。在圖中，這個(gè)邏輯高電壓用A表示“幅度”。占空比、幅度和標(biāo)稱DAC電壓之間的關(guān)系相當(dāng)直觀：在頻域中，低通濾波器會(huì)抑制輸入信號(hào)的高頻分量。這種效果在時(shí)域中的等效效果是平滑或平均，因此，通過對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行低通濾波，我們可以提取其平均值。假設(shè)占空比為50%（即活動(dòng)持續(xù)時(shí)間等于非活動(dòng)持續(xù)時(shí)間），并且我們使用3.3V邏輯。你可能會(huì)猜測(cè)DAC標(biāo)稱電壓為：1.65V，因?yàn)樾盘?hào)一半時(shí)間處于3.3V，一半時(shí)間處于0V，因此平滑后的版本將位于中間。我們可以將其概括如下：

二、PWM轉(zhuǎn)DAC的分辨率怎么樣？

選擇DAC時(shí)首先要考慮的規(guī)格之一是“分辨率”，它通常以“位”單位表示。我們所說的“分辨率”的真正含義是“DAC可以生成多少個(gè)不同的輸出電壓（或電流）？”“位數(shù)”是指控制數(shù)模電路的數(shù)據(jù)寄存器，因此10位DAC可以生成2^10=1024個(gè)不同的輸出電壓。那么PWM轉(zhuǎn)DAC的等效分辨率，大概又是多少呢？

8個(gè)不同脈沖寬度

我們假設(shè)圖中所示的PWM信號(hào)僅限于一個(gè)網(wǎng)格的倍數(shù)的脈沖寬度。這意味著占空比可以采用8個(gè)不同的值：0%、~14%、~29%、~43%、~57%、~71%、~86% 和 100%。每個(gè)占空比對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的輸出電壓，所以我們這里有一個(gè)3位DAC，因?yàn)?2^3 = 8。

要確定實(shí)際PWM轉(zhuǎn)DAC的分辨率，只需應(yīng)用相同的分析：你可以生成多少個(gè)不同的占空比？回答這個(gè)問題通常不太困難，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)PWM硬件模塊的核心元件是控制脈沖寬度的N位計(jì)數(shù)器，這意味著等效DAC分辨率為2^N。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的如何將單片機(jī)PWM作為DAC使用方法。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、32位單片機(jī)。