Arduino dac tutorial: интерфейс mcp4725 12-bit digital-to

Все мы знаем, что микроконтроллеры работают только с цифровыми значениями, но в реальном мире нам приходится иметь дело с аналоговыми сигналами. Вот почему АЦП (аналого-цифровые преобразователи) предназначены для преобразования реальных аналоговых значений в цифровую форму, чтобы микроконтроллеры могли обрабатывать сигналы. Но что, если нам нужны аналоговые сигналы из цифровых значений, так что здесь идет ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Простым примером цифро-аналогового преобразователя является запись песни в студии, где певец-исполнитель использует микрофон и поет песню. Эти аналоговые звуковые волны преобразуются в цифровую форму, а затем сохраняются в файле цифрового формата, и когда песня воспроизводится с использованием сохраненного цифрового файла, эти цифровые значения преобразуются в аналоговые сигналы для вывода на динамик. Итак, в этой системе используется ЦАП.

ЦАП можно использовать во многих приложениях, таких как управление двигателем, регулировка яркости светодиодных индикаторов, аудиоусилитель, видеокодеры, системы сбора данных и т. Д.

Во многих микроконтроллерах есть внутренний ЦАП, который можно использовать для аналогового вывода. Но процессоры Arduino, такие как ATmega328 / ATmega168, не имеют встроенного ЦАП. Arduino имеет функцию АЦП (аналого-цифровой преобразователь), но не имеет ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Он имеет 10-битный ЦАП во внутреннем АЦП, но этот ЦАП не может использоваться как автономный. Итак, здесь, в этом руководстве Arduino DAC, мы используем дополнительную плату под названием MCP4725 DAC Module с Arduino.

Модуль ЦАП MCP4725 (цифро-аналоговый преобразователь)

MCP4725 IC - это 12-разрядный модуль цифро-аналогового преобразователя, который используется для генерации выходных аналоговых напряжений от (0 до 5 В) и управляется с помощью связи I2C. Он также имеет встроенную энергонезависимую память EEPROM.

Эта ИС имеет 12-битное разрешение. Это означает, что мы используем (от 0 до 4096) в качестве входных данных для обеспечения выходного напряжения относительно опорного напряжения. Максимальное опорное напряжение 5В.

Формула для расчета выходного напряжения

O / P напряжение = (Опорное напряжение / разрешение) х цифровое значение

Для примера, если мы используем 5V в качестве опорного напряжения и давайте предположим, что цифровое значение 2048. Таким образом, для вычисления выходного сигнала ЦАП.

Напряжение O / P = (5/4096) x 2048 = 2,5 В

Распиновка MCP4725

Ниже представлено изображение MCP4725 с четко обозначенными именами контактов.

Штифты MCP4725	Использовать
ИЗ	Выходы Аналоговое напряжение
GND	GND для выхода
SCL	Линия последовательных часов I2C
ПДД	Линия последовательных данных I2C
VCC	Ввод опорного напряжения 5В или 3.3В
GND	GND для входа

Связь I2C в ЦАП MCP4725

Эта ИС ЦАП может быть сопряжена с любым микроконтроллером с использованием связи I2C. Для связи I2C требуются только двухпроводные SCL и SDA. По умолчанию адрес I2C для MCP4725 - 0x60, 0x61 или 0x62. Для меня это 0x61. Используя шину I2C, мы можем подключить несколько микросхем ЦАП MCP4725. Единственное, нам нужно изменить адрес I2C IC. Связь I2C в Arduino уже подробно объяснялась в предыдущем руководстве.

В этом руководстве мы подключим микросхему ЦАП MCP4725 к Arduino Uno и предоставим аналоговое входное значение на вывод A0 Arduino с помощью потенциометра. Затем АЦП будет использоваться для преобразования аналогового значения в цифровую форму. После этого эти цифровые значения отправляются на MCP4725 по шине I2C для преобразования в аналоговые сигналы с помощью DAC MCP4725 IC. Вывод A1 Arduino используется для проверки аналогового выхода MCP4725 с вывода OUT и, наконец, отображения значений и напряжений АЦП и ЦАП на ЖК-дисплее 16x2.

Необходимые компоненты

• Ардуино Нано / Ардуино Уно
• Модуль ЖК-дисплея 16x2
• Микросхема ЦАП MCP4725
• Потенциометр 10k
• Макетная плата
• Перемычки

Принципиальная электрическая схема

В таблице ниже показано соединение между ИС ЦАП MCP4725, Arduino Nano и мультиметром.

MCP4725	Ардуино Нано	Мультиметр
ПДД	A4	NC
SCL	A5	NC
A0 или OUT	A1	+ ve терминал
GND	GND	-ve терминал
VCC	5В	NC

Соединение между ЖК-дисплеем 16x2 и Arduino Nano

ЖК-дисплей 16x2	Ардуино Нано
VSS	GND
VDD	+ 5В
V0	От центрального штифта потенциометра для регулировки контрастности ЖК-дисплея
RS	D2
RW	GND
E	D3
D4	D4
D5	D5
D6	D6
D7	D7
А	+ 5В
K	GND

Потенциометр используются с центральным контактом, подключенным к A0 аналоговому входу Arduino Nano, левый стержень, подключенных к GND и правому большинство штифта, соединенному с 5V из Arduino.

Программирование DAC Arduino

Полный код Arduino для DAC приведен в конце с демонстрационным видео. Здесь мы объяснили код построчно.

Во-первых, включите библиотеку для I2C и LCD с помощью библиотеки wire.h и liquidcrystal.h.

#включают #включают

Затем определите и инициализируйте выводы ЖК-дисплея в соответствии с выводами, которые мы подключили к Arduino Nano.

ЖК-дисплей LiquidCrystal (2,3,4,5,6,7); // Определение контактов ЖК-дисплея RS, E, D4, D5, D6, D7

Затем определите I2C-адрес микросхемы ЦАП MCP4725.

#define MCP4725 0x61

В настройке void ()

Сначала начните связь I2C на выводах A4 (SDA) и A5 (SCL) Arduino Nano.

Wire.begin (); // Начинает связь по I2C

Затем установите ЖК-дисплей в режим 16x2 и отобразите приветственное сообщение.

lcd.begin (16,2); // Устанавливает ЖК-дисплей в режим 16X2 lcd.print ("CIRCUIT DIGEST"); задержка (1000); lcd.clear (); lcd.setCursor (0,0); lcd.print («Ардуино»); lcd.setCursor (0,1); lcd.print («ЦАП с MCP4725»); задержка (2000); lcd.clear ();

В пустом цикле ()

1. Сначала в буфер поместите значение контрольного байта (0b01000000)

(010-устанавливает MCP4725 в режим записи)

буфер = 0b01000000;

2. Следующий оператор считывает аналоговое значение с вывода A0 и преобразует его в цифровые значения (0-1023). АЦП Arduino имеет 10-битное разрешение, поэтому умножение его на 4 дает: 0-4096, так как DAC имеет 12-битное разрешение.

adc = analogRead (A0) * 4;

3. Это утверждение, чтобы найти напряжение от входного значения АЦП (от 0 до 4096) и опорное напряжение, как 5V

float ipvolt = (5.0 / 4096.0) * adc;

4. Ниже первая строка помещает наиболее значимые битовые значения в буфер, сдвигая 4 бита вправо в переменной ADC, а вторая строка помещает наименее значимые битовые значения в буфер, сдвигая 4 бита влево в переменной ADC.

буфер = adc >> 4; буфер = adc << 4;

5. Следующая инструкция считывает аналоговое напряжение с A1, который является выходом ЦАП (вывод OUTPUT ИС ЦАП MCP4725). Этот вывод также можно подключить к мультиметру для проверки выходного напряжения. Узнайте, как использовать мультиметр здесь.

беззнаковое int analogread = analogRead (A1) * 4;

6. Далее значение напряжения из аналогового показания переменной рассчитывается по формуле ниже.

float opvolt = (5.0 / 4096.0) * analogread;

7. Следующая инструкция используется для начала передачи с MCP4725.

Wire.beginTransmission (MCP4725);

Отправляет управляющий байт в I2C

Wire.write (буфер);

Отправляет MSB в I2C

Wire.write (буфер);

Посылает LSB в I2C

Wire.write (буфер);

Завершает передачу

Wire.endTransmission ();

Теперь, наконец, отобразите эти результаты на ЖК-дисплее 16x2 с помощью lcd.print ()

lcd.setCursor (0,0); lcd.print ("IP:"); lcd.print (АЦП); lcd.setCursor (10,0); lcd.print ("V:"); lcd.print (ipvolt); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("D OP:"); lcd.print (аналоговое чтение); lcd.setCursor (10,1); lcd.print ("V:"); lcd.print (опвольт); задержка (500); lcd.clear ();

Цифро-аналоговое преобразование с использованием MCP4725 и Arduino

После завершения всех подключений схемы и загрузки кода в Arduino, измените потенциометр и посмотрите результат на ЖК-дисплее . Первая строка ЖК-дисплея покажет значение входного АЦП и напряжение, а вторая строка покажет значение и напряжение выходного ЦАП.

Вы также можете проверить выходное напряжение, подключив мультиметр к контактам OUT и GND MCP4725.

Вот как мы можем преобразовать цифровые значения в аналоговые, связав модуль ЦАП MCP4725 с Arduino.