[27] Arduino - Przetwornik R-2R

W związku z tym, że płytka Atmega328 nie posiada konwertera cyfrowo analogowego to chciałbym zaprezentować jeden z najprostszych sposobów na jego wykonanie.

Przetwornik R-2R

Zasada jego działania jest bardzo prosta. Do budowy wykorzystuje się rezystory o wartościach, jak sama nazwa wskazuje, równych R lub wartości podwojonej czyli 2R. Ilość wykonanych skoków pozwala na określenie jaką rozdzielczość będzie posiadał przetwornik. Na rysunku poniżej przetwornik 8 oraz 10 bitowy.

Rys. 1. Przetwornik 8 bitowy

Rys. 2. Przetwornik 10 bitowy

Jest to dosyć tania alternatywa dla przetworników scalonych w układach zewnętrznych. Wiadomo, że nie będzie to posiadało tak dobrej dokładności jak układ zewnętrzny, natomiast będzie od niego sporo tańsze. Dodatkowo każdy z "bitów" tego przetwornika odpowiada jednemu wyprowadzeniu mikrokontrolera. Co znacząco zmniejsza ilość pinów GPIO z układu. Zasada działania tego przetwornika opiera się na układaniu rezystorów w dzielniki napięć. Dodatkowo impedancja wyjściowa jest zawsze równa R.

Programowanie

Za każdym razem gdy chce się wygenerować odpowiednią wartość napięcia. Dzielenie rozpoczyna się od wartości 1/2 napięcia zasilającego czyli np 5V lub 3,3V. Dalej schodzi się odpowiednie 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 itp. W celu otrzymania żądanej wartości napięcia można dokonać włączenia kilku linii, czyli np. połączyć 1/2 i 1/8 wartości napięcia.

Jak już wspomniałem wcześniej aktywacje danego elementu układu wykonuje się poprzez ustawienie stanu wysokiego na odpowiednim wyprowadzeniu. 

Dane wyprowadzenia w celu otrzymania przebiegu należy cyklicznie włączać i wyłączać.

Jeśli chodzi o Arduino to program może wyglądać następująco:

1. #define PIN0 0
2. #define PIN1 1
3. #define PIN2 2
4. #define PIN3 3
5. #define PIN4 4
6. #define PIN5 5
7. #define PIN6 6
8. #define PIN7 7
10. void setup() {
11.   pinMode(PIN0, OUTPUT);
12.   pinMode(PIN1, OUTPUT);
13.   pinMode(PIN2, OUTPUT);
14.   pinMode(PIN3, OUTPUT);
15.   pinMode(PIN3, OUTPUT);
16.   pinMode(PIN4, OUTPUT);
17.   pinMode(PIN5, OUTPUT);
18.   pinMode(PIN6, OUTPUT);
19.   pinMode(PIN7, OUTPUT);
20. }
22. void loop() {
23.   int i = 0;
24.   //Przebieg trójkątny
25.   for(i = 0; i<512; i++)
26.     set_data(i);
27.   for(i=510; i>0; i++)
28.     set_data(i);
29. }
31. //Wartosci zostaja ustawione poprzez cykliczne
32. //Wlaczanie i
33. void set_data(byte x)
34. {
35.   digitalWrite(PIN0, x & (1<<7));
36.   digitalWrite(PIN1, x & (1<<6));
37.   digitalWrite(PIN2, x & (1<<5));
38.   digitalWrite(PIN3, x & (1<<4));
39.   digitalWrite(PIN4, x & (1<<3));
40.   digitalWrite(PIN5, x & (1<<2));
41.   digitalWrite(PIN6, x & (1<<1));
42.   digitalWrite(PIN7, x & 1);
43. }

Dane dla innych przebiegów można wykonać przez odpowiednie dobranie punktów pomiarowych i odpowiednie zdefiniowanie jej w tablicy. Tak jak zostało to wykonane w przykładach dla STM32. Ta sama zasada tworzenia układu towarzyszy każdemu z rodzaju mikrokontrolera.

Sygnał możne zostać odpowiednio zmodulowany poprzez dodawanie bądź odejmowanie ilości próbek. Można też odczekać pewną ilość czasu. Dane wyjściowe z buffora można oczywiście odpowiednio wzmocnić poprzez zastosowanie wzmacniacza operacyjnego.