已经很久没有上过电路小课了，而且因为最近项目中遇到的需求，所以我想就做一个电路记录总结吧。
当然，我之前并没有使用过本文中的所有电路，但是既然我已经写好了它们，我一定会为他画一个实际的板并测试每个电路。
本次电路小课的主要内容是：如何使用单片机实现0~10V信号输出。
我是金辰，全网同名。 每个系列的文章我都尽力认真写，不夸张，不妥协。 对于我们这些认真学习知识的人来说，我是金辰，金石开启！
1.单片机DAC
第一种方式是使用微控制器自带的DAC模块。 现在许多微控制器都带有 DAC 模块。 我们可以直接使用DAC模块的输出来实现。
比如我们最常见的单片机供电系统是：0~3.3V。 然后我们可以将0~3.3V放大3倍，实现0~10V的输出。
放大电路当然是使用运算放大器来实现的。 我在另一篇博文中总结了运算放大器的常见电路：
常用运放电路汇总记录
这里我们采用同相比例运算放大器电路，如下图：
DAC1是单片机的DAC输出，0～3.3V，放大3倍。
由于运算放大器的对称性，R2 选择为 3.3K，因此选择的电阻等于 R4 和 R3 的并联电阻。
本文是对该电路的总结记录。 至于电路的效果，我需要看看是否需要在后面的文章中补充，因为除了专用芯片之外，这种用单电源供电的普通运放搭建的电路会有一些问题。 最典型的一个问题就是能否输出0V。
更新测试结果。 第一种方法使用DAC直接放大3倍。 我觉得看起来还是比较满意的。 我们直接上测试图：
上面我自己手动设置DAC值来实现不同的输出状态效果。
2. PWM加滤波电路
第二种方式是采用PWM加滤波电路。
2.1 PWM输出DAC
如何将PWM波形变成模拟输出就是添加滤波电路。 经过滤波电路后，PWM可以变成DAC输出。 如下所示：
我应该单独写一篇文章来解释具体过滤器的基本分析。 这里我们只是提到使用RC滤波器可以将PWM输出变成模拟电压。
上图所示仅使用一个 RC 的滤波器电路称为一阶滤波器电路。
为了使输出更加平滑，我们会采用二阶甚至多阶滤波电路。
为了使负载能力更强，我们会使用一个运放电路，后面再接一个电压跟随器和其他运放电路。
2.2 连接滤波器的PWM RC值选择说明
RC滤波器的RC值的选取是新手较难理解和应对的一点。 这也是滤波器设计的要点之一。
我们都知道RC低通滤波器电路的截止频率为：
fc=1/2πRC
这个公式非常重要。 要理解RC滤波器，必须记住这个公式，截止频率公式。
截止频率实际上是输入信号幅度减少3dB时的频率。截止频率也称为-3dB频率
一些简单的解释（当然，如果想要具体的计算分析，可以自行网上搜索，博主还没写过关于RC滤波器的文章= =！）：
毕竟，这样做或那样做都是不对的，不是吗？ = =！ 事实上，情况确实如此。 这种低成本电路并不完美。 我们始终做的就是做出权衡，在有限的成本规定内设计出满足需求的电路。
对于本文中的 PWM，它本质上是一个高频脉冲信号，其中的高频成分将被低通滤波器滤除。 只有低频成分才能通过滤波器，形成模拟信号输出。 我们需要保证PWM的频率远大于RC低通滤波器的截止频率，至少是10倍甚至几十倍，因为频率信号越高，滤波效果越好。
不幸的是，在过滤 PWM 信号时没有完美的固定值范围可以告诉您。 一般来说，电阻应该保持在K级，从几百欧姆到K级，电容应该是nf级，当然从nf到1uf。 这只是一般情况，还是具体情况分析。
涉及到的细节需要大量分析，不过不用担心，在一般使用中，即使你不知道如何选择，也可以根据网上能找到的参考“经验值”来完成电路设计。
重要的是当你根据经验值设计电路并发现问题后，知道如何发现问题以及如何调整参数。 这是硬件设计的关键。
2.3 0~ 3.3V PWM 输出 0 ~10V 方案一：RC 滤波器
以上是简单的说明，那么我们看一下我们这次测试的电路：
图中的电阻和电容可以根据自己的需要修改。
测试：
正如我们上面所说，我们可以计算出RC低通滤波器的截止频率。 我们需要保证PWM的频率远大于RC低通滤波器的截止频率。
如果PWM的频率比较低会出现什么情况呢？ 比如我的PWM周期是1HZ，然后占空比设置为50%。 直接给大家看一张图：
要进行进一步修改，请稍微修改 PWM 频率。 我测试的其实是定时器的频率，如下：
根据公式
Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk; // 32MHz主频
定时器周期为1ms，实际上意味着频率为1KHz。 为了方便表达0~100对应的占空比，将上面的arr改为100，实际上就是1KHz左右。 我们看一下效果：
其实测试时我并没有刻意去调整电阻和电容值，直观上效果似乎还可以（上图中的毛刺大多是因为示波器的GND线钳距离太远） 。
选项 2：晶体管
晶体管方案是基于B站Eric Wen老师视频中的电路，由于某些原因，没有附上链接。 你可以自己搜索一下。 我在这里分享给大家，作为参考！
有一个问题。 老师提到的图中偏置电压好像是11V。 这并不令人满意。 我用串联12V二极管来测试：
因为上图仅供参考！
如果要保证输出不超过10V，那么偏置电压最好选择10V。 把上面的D3去掉比较合适，因为这样最大输出接近12V。
3.专用转换芯片
前两种方法成本相对较低。 与电平转换电路一样，也有0～10V输出的专用转换芯片。
但事实上，我从来没有使用过它，但既然要测试它，我就不能抛下它。 所以我暂时不知道哪个芯片好，所以只能在网上搜索（虽然根据我的理解，度娘搜索的芯片只能说广告太多不一定好），但是有没办法，一查，就是这个芯片：GP8101。
看了介绍，发现这款芯片有一个系列，不仅包括PWM输入，还包括I2C接口：
我不会在这里发布太多解释。 你可以自行搜索。 本文将把它当作一个解决方案。 我们可以根据推荐电路直接设计电路图：
测试其实和上面一样，设置不同的占空比，看示波器，结果还是很不错的。
结论
本文列出了如何使用微控制器实现 0 ~ 10V 输出电路的不同解决方案。
要说最稳定、最省心的方案，肯定是使用专用芯片。 如果确实对成本敏感，就要根据实际需求来考虑。 对于文中列出的几个电路，如果在实际测试中有新的发现，博主会第一时间更新文章。
好了，本篇文章就到这里，谢谢大家！
