基于MCP4725 DAC设计一个使用Raspberry Pi的数模转换器

　　微控制器只处理数字值，但在现实世界中我们必须处理模拟信号。这就是为什么 ADC（模数转换器） 可以将现实世界的模拟值转换为数字形式，以便微控制器可以处理信号。但是，如果我们需要来自数字值的模拟信号怎么办，那么就来了 DAC（数模转换器）。

　　DAC 可用于许多应用 ，例如电机控制、控制 LED 灯的亮度、 音频放大器、视频编码器、数据采集系统等。

　　我们已经 将 MCP4725 DAC 模块与 Arduino和 STM32 连接起来。今天我们将使用相同的 MCP4725 DAC IC 来设计一个 使用 Raspberry Pi 的数模转换器。假设您已经在 Raspberry PI 上安装了最新的操作系统，并且可以通过 SSH 访问它。

　　所需组件

　　树莓派 3 B+（安装了 Raspbian 操作系统）

　　MCP4725 DAC集成电路

　　16x2 液晶显示器

　　面包板

　　连接电线

　　MCP4725 DAC 模块（数模转换器）

　　MCP4725 IC 是一款 12 位数模转换器模块 ，用于生成（0 至 5V）的输出模拟电压，并通过 I2C 通信进行控制。它还带有板载非易失性存储器 EEPROM。

　　该 IC 具有 12 位分辨率。这意味着我们使用（0 到 4096）作为输入来提供相对于参考电压的电压输出。最大参考电压为 5V。

　　计算输出电压的公式

　　O/P 电压 = （参考电压/分辨率） x 数字值

　　例如 ，如果我们使用 5V 作为参考电压，假设数字值为 2048。因此要计算 DAC 输出。

　　O/P 电压 = （5/ 4096） x 2048 = 2.5V

　　MCP4725的引脚排列

　　下面是 MCP4725 的图像，清楚地标明了引脚名称。

　　该 IC 可以使用 I2C 通信进行控制，只需要两条线 SCL 和 SDA。默认情况下，MCP4725 的 I2C 地址为 0x60。现在我们了解了 Raspberry pi 中的 I2C 通信。

　　Raspberry Pi 中的 I2C 引脚

　　为了将 MCP4725 与 Raspberry Pi 一起使用，首先要做的是了解 Raspberry Pi I2C 端口引脚并在 Raspberry pi 中配置 I2C 端口。

　　下面是树莓派 3 Model B+ 的引脚图，本教程使用I2C 引脚 GPIO2 （SDA） 和 GPIO3 （SCL） 。

　　在树莓派中配置 I2C

　　默认情况下，I2C 在 Raspberry Pi 中是禁用的。所以首先必须启用它。在 Raspberry Pi 中启用 I2C

　　1. 转到终端并键入sudo raspi-config。

　　2. 现在树莓派软件配置工具出现了。

　　3. 选择接口选项，然后启用 I2C。

　　4. 启用 I2C 后重启 Pi。

　　使用树莓派扫描 MCP4725 的 I2C 地址

现在为了开始与 MCP4725 IC 通信，Raspberry Pi 必须知道它的 I2C 地址。要找到地址，首先将 MCP4725 的 SDA 和 SCL 引脚连接到 Raspberry Pi 的 SDA 和 SCL 引脚。还要连接 +5V 和 GND 引脚。

现在打开终端并输入以下命令以了解连接的 I2C 设备的地址，

 

sudo i2cdetect –y 1或sudo i2cdetect –y 0

 

现在找到 I2C 地址后，是时候安装必要的库了，以便将MCP4725 与 Raspberry Pi 一起使用。

将 MCP4725 Adafruit 库安装到 Raspberry Pi 中

为了将MCP4725 DAC 板与 Raspberry Pi 的 I2C 总线一起使用，使用了 Adafruit MCP4725 库。要下载并安装库，请按照下列步骤操作：

1. 确保 Raspberry Pi 已连接到活跃的互联网。

2.接下来打开一个终端并一一运行以下行。

 

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. 安装成功后，Adafruit MCP4725 库现在可以在任何 python 脚本中使用该行导入

 

导入 Adafruit_MCP4725

 

安装 Adafruit LCD 显示库

此项目中使用 LCD 来显示 DAC 和模拟电压值，因此要在 Raspberry Pi 中下载并安装 LCD 库，请按照以下步骤操作：

1.打开一个终端窗口，并逐行运行以下几行。

 

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

 

2. 安装 LCD 库后，现在可以使用以下行从任何 python 脚本中使用 Adafruit_python_CharLCD

 

导入 Adafruit_CharLCD 作为 LCD​

 

　　现在 Raspberry Pi 已准备好为数模转换器编写代码，所以让我们连接电路，如下图所示。

　　电路图和连接

　　下面给出了将DAC IC MCP4725 与 Raspberry Pi 一起使用的电路图：

　　（16x2） LCD 和 Raspberry Pi 之间的电路连接

　　MCP4725 和树莓派之间的电路连接

　　完整的设置将如下所示：

　　为数模转换编程 Raspberry Pi

　　本教程末尾提供了用于 Raspberry Pi 的完整 Python 代码。只需使用任何 SSH 客户端（如 Putty）或任何 FTP 客户端（如 FileZilla）将其上传到树莓派，或者您可以通过连接监视器将程序直接写入树莓派。在此处了解有关对树莓派编程的更多信息。

为数模转换编程 Raspberry Pi

本教程末尾提供了用于 Raspberry Pi 的完整 Python 代码。只需使用任何 SSH 客户端（如 Putty）或任何 FTP 客户端（如 FileZilla）将其上传到树莓派，或者您可以通过连接监视器将程序直接写入树莓派。在此处了解有关对树莓派编程的更多信息。

在这个程序中，一个 0-4096 的数字值通过 I2C 总线从 Raspberry Pi 发送到 MCP4725，以产生 0 到 5V 的模拟输出电压，可以用万用表进行验证。数字和模拟值都显示在16x2 LCD上。在我们的程序中，使用for循环（0,150,300,450…4050）以 150 的增量发送数字值。让我们详细看看这个程序。

首先包括所有必需的库。这里使用了 LCD、MCP4725 和时库。

 

import Adafruit_CharLCD as LCD    
import Adafruit_MCP4725
导入时间

 

接下来定义 LCD 引脚以及编号。行和列。我们知道 16X2 LCD 有 2 行 16 列。在此处了解有关将LCD 与 Raspberry Pi 连接的更多信息。

 

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

# 定义 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)

 

接下来在 LCD 上显示一些欢迎信息 5 秒钟。

 

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 地址创建了一个 DAC 实例。我的板子地址是0x60，根据你的板子改。

 

dac = Adafruit_MCP4725.MCP4725（地址=0x60）

 

接下来，在while循环中使用for循环来更改通过 I2C 总线发送到 MCP4725 的数字值 x。for循环范围是 (0,4095,150) 。x 值从 0 到 4050 变化，增量为 150。

 

而 True：
    对于范围内的 x（0,4097,150）：

 

使用以下行将数字值发送到 MCP4725

 

dac.set_voltage(x)

 

根据数字值，使用公式计算模拟值，其中 5 是参考电压，x 是数字值。

 

电压 = x/4096.0*5.0

 

然后数字值和模拟值显示在 LCD 上，延迟 2 秒，使用以下行

 

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

 

　　这里数字值显示在液晶显示屏的第一行，模拟值显示在第二行。万用表也连接到 MCP4725 输出引脚以验证模拟电压。

import Adafruit_CharLCD as LCD

import Adafruit_MCP4725

导入时间


lcd_rs = 25

lcd_en = 24

lcd_d4 = 23

lcd_d5 = 17

lcd_d6 = 18

lcd_d7 = 22

lcd_backlight = 4


# 定义 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：

对于范围内的x（0,4097,150）：



打印（x）

dac.set_voltage（x）

lcd.cursor_pos =（0,0）

lcd.message（“DAC值：”+ str（x））

电压= x/4096.0*5.0

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

2)

lcd.clear()