在項目開發(fā)過程中，手頭上的單片機沒有帶DAC資源，但又剛好需要使用到DAC。或者你的單片機確實具有DAC，但只有一個或兩個通道，這明顯是不夠用的。與單片機的模式轉換器（ADC）外設不同，集成ADC外設通常包含一個多路復用器，允許一個ADC模塊轉換連接到多個甚至數(shù)十個的模擬信號。

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

一、需要的材料：脈寬調制、電阻、電容

這里最少需要一個電阻器、一個電容器和脈寬調制功能。接下來，只需要一種對PWM信號進行低通濾波的方法，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？就算電路板或預算只能容納一個電阻器和電容器，那么使用PWM改為DAC仍然是可行的選擇。

我們先來介紹PWM的基礎知識

看到這里的，肯定已經(jīng)知道什么是脈寬調制。不過，這里還是簡要回顧一下基本概念，以確保在了解低通濾波器如何準確地將數(shù)字信號轉換為可編程模擬電壓時擁有堅實的基礎。

典型的數(shù)字時鐘信號是一系列周期，其中邏輯高電壓的持續(xù)時間等于邏輯低電壓的持續(xù)時間。相反，PWM信號一系列周期中，其中邏輯高（或邏輯低）電壓的持續(xù)時間根據(jù)外部條件而變化，并且這些變化可用于傳輸信息。舉個例子，如果你熟悉無線電電路，你就會知道信息是通過應用某種調制的正弦信號來傳輸?shù)?。這種情況就類似于PWM的功能，我們使用脈寬調制代替幅度或頻率調制，原理其實差不多。通過首先調制載波，然后以消除干擾的方式處理接收到的信號，可以將模擬音頻信號從天線傳輸?shù)绞找魴C，并恢復原始音頻信息。同樣，我們可以通過對數(shù)字載波進行脈寬調制，然后將該調制信號“傳輸”到低通濾波器來生成可編程模擬電壓。

在上圖中，邏輯高電平被標識為“ON”或活動狀態(tài)，邏輯低電平被標識為“OFF”或非活動狀態(tài)。在第一周期中，活動狀態(tài)的持續(xù)時間等于非活動狀態(tài)的持續(xù)時間。然后，在接下來的兩個周期中，活動狀態(tài)持續(xù)時間增加一個網(wǎng)格寬度。這意味著非活動狀態(tài)持續(xù)時間必須減少一個網(wǎng)格寬度，因為PWM載波頻率（以及PWM周期）是恒定的。在PWM DAC的背景下，我們實際上不需要知道絕對的活動和非活動持續(xù)時間。重要的是持續(xù)時間之間的比率，我們根據(jù)PWM占空比進行討論：

從占空比到模擬電壓

在低通濾波器輸出端觀察到的DAC標稱電壓僅由兩個參數(shù)決定，即占空比和PWM信號的邏輯高電壓。在圖中，這個邏輯高電壓用A表示“幅度”。占空比、幅度和標稱DAC電壓之間的關系相當直觀：在頻域中，低通濾波器會抑制輸入信號的高頻分量。這種效果在時域中的等效效果是平滑或平均，因此，通過對PWM信號進行低通濾波，我們可以提取其平均值。假設占空比為50%（即活動持續(xù)時間等于非活動持續(xù)時間），并且我們使用3.3V邏輯。你可能會猜測DAC標稱電壓為：1.65V，因為信號一半時間處于3.3V，一半時間處于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DAC的分辨率怎么樣？

選擇DAC時首先要考慮的規(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個不同的輸出電壓。那么PWM轉DAC的等效分辨率，大概又是多少呢？

8個不同脈沖寬度

我們假設圖中所示的PWM信號僅限于一個網(wǎng)格的倍數(shù)的脈沖寬度。這意味著占空比可以采用8個不同的值：0%、~14%、~29%、~43%、~57%、~71%、~86% 和 100%。每個占空比對應一個特定的輸出電壓，所以我們這里有一個3位DAC，因為 2^3 = 8。

要確定實際PWM轉DAC的分辨率，只需應用相同的分析：你可以生成多少個不同的占空比？回答這個問題通常不太困難，因為標準PWM硬件模塊的核心元件是控制脈沖寬度的N位計數(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開發(fā)工程師分享的如何將單片機PWM作為DAC使用方法。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發(fā)，提供8位單片機、32位單片機。