Číslicovo-analógový prevodník (DAC)
Zo stránky SensorWiki
Ak potrebujeme previesť číslicový signál na analógový, tak máme niekoľko možností.
1. Najjednoduchší spôsob je využiť D/A prevodník priamo na čipe mikropočítača. To však, žiaľ, nie je prípad procesoru ATmega328P, s ktorým tento semester pracujeme. Ale ak by ste si mohli vybrať, aj priamo v rodine mikroprocesorov AVR sa nájdu takéto typy - napr. procesor ATtiny214 z rodiny ATtiny[REF 1].
Bloková schéma D/A prevodníka v procesore ATtiny214.
2. Druhá možnosť je použiť špecializovaný integrovaný obvod, ktorý pripojíme k mikropočítaču buď cez zbernicu I2C. Takýchto obvodov existuje veľa, často k nim existuje už aj fungujúca knižnica napr. PCF5891 - 1x 8-bit DAC, alebo MCP4728 - 4x 12-bit DAC. Druhou často používanou zbernicou je SPI, aj k nej je možno nájsť podobné prevodníky, napr. MCP4921 - 1x 12-bit SPI DAC, alebo MAX5715 - 4x 12-Bit SPI DAC.
Túto možnosť podrobne preskúmame na jednom z ďalších cvičení, kde sa budeme venovať externému modulu s čipom [Zbernica i2c: PCF8591|PCF5891]].
MCP4921 - dvojitý 12-bitový A/D prevodník na zbernicu SPI.
3. Tretia možnosť je postaviť si vlastný D/A prevodník z presných rezistorov, tzv. R-2R siete[REF 2].
Jej principiálna schéma zapojenia je na nasledovnom obrázku, podrobný princíp funkcie je veľmi dobre vysvetlený v citovanom odkaze.
Odporový R-2R prevodník signálu.
4. No a posledná možnosť, ktorej sa budeme venovať aj na cvičení je využiť šírkovo modulovaný signál PWM
V niektorých aplikáciach potrebujeme premenlivú šírku impulzu, v iných nás viac zaujíma stredná hodnota napätia, impulzy sa naopak snažíme vyfiltrovať. Dôležité sú dva parametre: frekvencia a tzv. plnenie (pozri obr.).
je doba, počas ktorej je výstup v log. 1 a je čas v log. nule. Celková perióda signálu je .
Plnenie (duty cycle) je pre obdĺžnikový signál definované ako
A výstupné napätie
Ako vidno, výstupné napätie môžeme meniť zmenou periódy .
Ak je T_on 0, V_out je tiež 0, ak je T_on T_total, potom V_out je maximalne.
Brute force: softvérové PWM
Ak si spravíme svoje vlastné počítadlo time, tak vieme spraviť šírkovo modulovaný výstup na ľubovoľnom pine procesora čisto softvérovými prostriedkami. Daňou za toto riešenie je, že procesor nerobí nič iné, len počíta čas na prepnutie stavu. Nasledovný program je ukážkou takéhoto prístupu, ovládame LED diódu zapojenú na PORTD.7 (Adrudino D7).
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
/* Pripojenie periferii k vyvojovej doske Arduino: */
#define LED2 PD7 // externa LED dioda
#define LED2_ON (PORTD |= (1<<LED2))
#define LED2_OFF (PORTD &= ~(1<<LED2))
int main(void)
{
/* SETUP */
DDRD = (1<<LED2); // PORTD: LED2 na PD7 je output
/* LOOP */
unsigned char duty = 250;
while(1)
{
// nase vlastne pocitadlo pocita stale dokola, rychlost dana delay
for (int time=0;time<255;time++)
{
if (time > duty)
LED2_ON;
else
LED2_OFF;
_delay_us(200);
}
} /* end of while */
return(0);
}
/* predosly program doplnime o premennu smer (+1/-1) a budeme hodnotu 'duty' postupne
zvacsovat a po dosiahnuti maxima (255) zasa zmensovat (-1) az po nulu. A takto stale
dookola dosiahneme znamy efekt "dychajucej" LED diody */
unsigned char smer = 1; // doplnujuca premenna
/* toto musime doplnit do hlavnej slucky */
if (duty == 255)
smer = -1;
if (duty == 0 )
smer = 1;
duty = duty+smer;
Dýchajúcu LED diódu ako prví použili vo firme Apple na počítači iBook G3 a dali si tento dizajnový prvok aj patentovať[REF 3]. Podrobný výskum a verné napodobnenie tohoto efektu nájdete aj v článku Avitala Pekkera[REF 4]
Generovanie PWM pomocou 16-bitového počítadla a časovača T1
Vyššie uvedený prístup je síce možný, ale vysoko neefektívny. Preto si v tejto časti ukážeme to isté, ale zrealizované pomocou zabudovanej periférie - niektorého počítadla. Najvýhodnejšie by na to bolo počítadlo T1, ktoré so svojim 16-bitovým rozlíšením umožňuje naozaj presné generovanie impulzov požadovanej šírky. Žiaľ, na našej doštičke sme si výstupy obsadili displejom a preto musíme preskočiť celú túto kapitolku a použijeme T0.
Návod s počítadlom T1 (kliknutím rozbaliť / zbaliť)
Generovanie PWM pomocou 8-bitového počítadla a časovača T0
Literatúra
- ↑ Victor Berzan: Getting Started with DAC. Application Note TB3210, Microchip Technology, 2018.
- ↑ Alan Wolke Tutorial: Digital to Analog Conversion – The R-2R DAC. Textronix Blog, June 23, 2015
- ↑ Breathing status LED indicator. US patent No. US6658577B2, Apple Inc., 2002
- ↑ Avital Pekker: A closer look at Apple's breathing light. Personal blog, 2016
Doplnková literatúra: