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Praktische DACs

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Praktische DACs

Einführung

Wenn Sie viel Arbeit mit Mikrocontroller-Projekten gemacht haben, haben Sie wahrscheinlich gefunden, dass Sie benötigen, um einige analoge Komponente mit einer digitalen Komponente oder umgekehrt Schnittstelle. Damit digitale Komponenten und Schaltkreise mit der analogen Welt kommunizieren können, muss es eine gewisse Umwandlung zwischen den diskreten digitalen Werten und kontinuierlichen analogen Werten geben. Dieses anweisbare gibt Ihnen den Hintergrund, Digital-zu-Analog-Konverter (DACs) zu verstehen und am Ende dieses Tutorials haben Sie die Kenntnisse und Fähigkeiten, um Ihre eigene hochauflösende benutzerdefinierte DAC zu bauen.

Dieses instructable ist ein Teil meiner "praktischen" Reihe der DIY Führer. Sie können auch mögen Praktische Stromversorgungen, Praktische OpAmps, Praktische Spannungsteilern, Praktische elektronische Formeln, oder irgendwelche meiner anderen instructables. Ich werde sie alle miteinander verbinden, wenn ich die praktische Reihe von DIY-Führer abgeschlossen haben.

Im Einklang mit dem Format der "Practical" -Serie wird jedem Abschnitt ein "Auf einen Blick" vorangestellt - eine stilisierte Aufzählungsliste, die den Erwartungen gerecht wird und den Leser für den Teil des Animationsfähigen vorbereitet. Ich habe versucht, in einer klaren, prägnanten und leicht zugänglich zu schreiben, während die Behandlung manchmal komplexe oder komplizierte Thema. Das Ende jeder Reihe wird mit einem "abschließenden Anmerkungen / Abschluss" Abschnitt manchmal mit Ideen für weitere Forschung abgedeckt, aber immer mit Weisen, die Sie mit mir in Verbindung treten können, wenn Sie Fragen oder Anmerkungen über mein instructable haben. Ich bin immer offen, um Ihre Gedanken über die Verbesserung dieser oder einer meiner Instructables zu hören.

Jetzt lernen wir, wie man die digitale Welt mit der analogen Welt verbindet!

Schritt 1: DAC-Grundlagen

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Ziele auf einen Blick ...
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  • Identifizieren, wann Sie einen DAC verwenden müssten
  • Beschreiben die primären Eigenschaften aller DACs
  • Schätzgenauigkeit in kleinen Bit-DACs
  • Bewertung DAC Designs

DAC Grundlagen

Hier erlernen oder erfrischen Sie Ihr Gedächtnis auf DAC-Grundlagen.

Digitale Werte sind diskrete, gestufte Werte, die klare Grenzen haben, die sie von anderen digitalen Werten abgrenzen. Beispielsweise sind die Werte 1 und 2 diskrete Werte (obwohl sie auch analoge, aber mehr dazu später sein können), was bedeutet, dass es keine Werte zwischen dem Wert 1 und dem Wert 2 gibt. Sie können als Bins gedacht werden Ähnlich FFT. Sehen Sie sich die folgende Abbildung an, um zu sehen, wie diskrete Werte in einem Histogramm verwendet werden. Beachten Sie die analoge Linie, die die Histogrammfrequenzen begrenzt.
Einige Beispiele für digitale Werte können Alter (Annahme Jahr Grenzen), Augenfarbe, Schulgrad oder kategorial Höhe (dh kurz, mittel, hoch vs 5'9 "oder 6 '2").

Analoge Werte sind kontinuierlich, auf einer Linie und enthalten alle Zwischenwerte zwischen zwei beliebigen Abtastpunkten. Beachten Sie auf dem Histogramm unten, dass die analoge Linie ist glatt, während die digitale Linie ist boxy. Einige Beispiele für kontinuierliche Werte umfassen Spannung und Höhe.

Ein DAC ist ein Gerät, das digitale Werte, oft im Binärformat, aufnimmt und diese Zahl in einen äquivalenten Analogwert umwandelt. Der RGB-Wert in VGA-Monitoren erwartet beispielsweise für jeden Farbkanal einen analogen Wert von etwa 0 bis 1 V. Die meisten GPUs und Grafikkarten arbeiten jedoch auf digitalen Werten (dh binären Bits), so dass das Video-RAMDAC aus einer binären Pixeldarstellung, Sagen wir, 01100011 auf eine Spannung, die den Wert für den VGA-Monitor darstellt.
Ein anderer allgemeiner Gebrauch eines DAC in der Elektronik und in den Mikrocontrollern ist, wenn Sie gespeicherte digitale Proben nehmen und das zu einer äquivalenten Sinuswelle umwandeln möchten. Dies kann oft nützlich sein, um Dinge wie Wechselspannung oder Strom über die Zeit in einer sinnvollen Weise zeigen.

Die meisten DAC-ICs multiplizieren DACs, dh der DAC erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zum Produkt eines variierenden Eingangsreferenzpegels multipliziert mit dem digitalen Eingangscode ist. Einige DACs verfügen über einen festen internen Referenzeingang, mit dem der analoge Ausgangsbereich eingestellt wird, während andere externe Analogeingänge unterstützen. DACs sind in der Lage, unipolare Ausgangssignale zu erzeugen, dh ein einpoliges Analogsignal oder bipolare (positive und negative Werte). Viele unipolare DACs nehmen den Binärcode als digitalen Eingang mit bipolaren D / A-Wandlern auf, wobei sie entweder einen binären Versatz oder einen Kompensationswert von zwei machen.

Hauptmerkmale

Bei der Auswahl oder beim Aufbau eines DAC sollten Sie nach ein paar primären Charakteristiken des DAC suchen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie sich der DAC in Ihrer Umgebung ausführen lässt (oder was Sie tun müssen, wenn Sie eine von Hand erstellen). Der erste Schritt ist die Bestimmung der Auflösung. Das ist einfach. Die Auflösung, σ, ist die Anzahl der Bits im Digitaleingang. Wenn Ihr DAC vier binäre Eingänge hat, dann wäre die DAC-Auflösung 4bits. Zweitens arbeiten , um Ihre maximale Ausgangsspannung aus von 2 σ • Berechnung der LSB in dem LSB ist die am wenigsten signifikanten Bits.

Der nächste Parameter zu betrachten ist wahrscheinlich der größte und wichtigste. Es ist integrale Nichtlinearität oder INL kurz genannt. Die INL eines DAC beschreibt dessen Abweichung zwischen dem idealen Ausgang und dem tatsächlichen Ausgang. Das heißt, die Abweichung der DAC-Übertragungsfriktion von einer Geraden, die typischerweise bei jedem analogen Schritt gemessen wird. Die Gerade kann der eigentlichen Übertragungsfunktion angenähert werden. Zwei häufigsten Arten von Linien sind am besten passende Linie und der Endpunkt Linie genannt. In jedem Fall ist die INL der maximale Abstand zwischen der idealen Linie und der eigentlichen Übertragungsfunktion. Niedrig-zu-Mittelbereichs-DACs können eine INL nach oben von 16 spezifizieren, während die ziemlich guten (und inhärent teureren) eine INL von ungefähr 1 anbieten können. INL wird formell wie folgt spezifiziert:

INL = | [(V c - V 0 / (V LSB-IDEAL)] - c |
woher
⇒ 0 <c <2 N - 1
⇒ V c durch digitalen Eingangscode c Analogwert repräsentiert
⇒ N ist DAC-Auflösung in Bits
⇒ V 0 Minimalleistung entspricht allen 0 - Eingang
V ⇒ LSB-IDEAL ist der ideale Abstand für zwei benachbarte Eingangscodes

Um die Steigung der Linie durch die Endpunkte zu bestimmen, können Sie außerdem:

m = (V c-max - V 0) / c max

Der Offset - Fehler ist die Ausgangsspannung , wenn der digitale Eingang null ist, und bleibt konstant für alle Eingangswerte. Der Offset - Fehler kann oft durch Feinabstimmschaltung den DAC gemildert werden. Verstärkungsfehler ist die Differenz zwischen der idealen maximalen Ausgangsspannung und des tatsächlichen Maximalwert der Übertragungsfunktion nach dem Offsetfehler subtrahiert wird . Gain-Fehler ändert die Steilheit der Funktion.

Die Charakteristiken eines DAC werden größtenteils durch seine Referenzspannung definiert. Die Referenzspannung des DAC, V ref, legt die maximale Ausgangsspannung des DAC und definiert auch die Spannungsstufe , durch die die Ausgangssignaländerungen in Reaktion auf einen Übergang 1LSB am Eingang. Einfach ausgedrückt, ist gleich ein Schritt V ref / 2 N.

Schätzung der DAC-Genauigkeit

Wie Sie aus der Grafik sehen können, können DACs mit niedrigem Zahlenbit-Eingang kein analoges Signal mit der Auflösung erzeugen, um das Signal kontinuierlich zu machen. Unter der Annahme , würde eine 5V Referenz- und Aufnahme eines 4-Bit - Binäreingang, der Analogausgang in 2 4 = 16 Schritte 0.3125V (313mV) , die jeweils (5 V / 16 Stufen) überführt werden. Um eine feinere genarbte Kontrolle über den analogen Ausgang zu erhalten, müssten Sie einen Binäreingang höherer Ordnung verwenden, etwa 8-Bit oder 16-Bit oder sogar 18-Bit-Zahlen. Sie können jedoch nicht genau die Genauigkeit eines DAC vorherzusagen, indem man seine Auflösung selbst betrachtet, da andere Fehlerquellen (wie oben erwähnt) berücksichtigt werden müssen.

Wenn unsere Wandler mit einer Auflösung von 8 Bit hat, haben wir 2 8 = 256 Binärzahlen mit zu arbeiten, zusammen mit 256 analogen Schritten. Wenn der DAC konfiguriert ist, 0V bei 00000000 und 5V bei 11111111 zu erzeugen, dann ist jeder analoge Schritt nur 0,0195V hoch (1/256 * 5V). Wie Sie wahrscheinlich erkennen können, kann eine zunehmende Auflösung schwierig sein, wenn Sie benutzerdefinierte DACs erstellen.

Schritt 2: Binär gewichteter DAC

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Um besser zu verstehen, wie DACs tun, was sie tun, untersuchen wir eine einfache Möglichkeit, analoge Werte aus dem digitalen Eingang zu erzeugen.
Ziele auf einen Blick ...
Praktische DACs

  • Diskutieren, konstruieren und modifizieren einen binär gewichteten DAC
  • Identifizieren die Komponenten eines binär gewichteten DAC
  • Kritik und beurteilen die Mängel dieses Entwurfs

Der Binärgewichtete DAC

Die Abbildung unten zeigt einen einfachen binär gewichteten DAC, der aus digitalen Schaltern (aus einem 4066 IC oder separaten Einzelschaltern) und einem Satz von gewichteten Widerständen besteht, die mit einem Operationsverstärker verbunden sind. Der Operationsverstärker erzeugt einen invertierenden Verstärker, der Eingangswiderstand R in durch eine Rückkopplungsschleife von R 3 summiert. Die Schalter und Widerstände wirken zusammen als ein digital gesteuerter Widerstand, der einen von 16 verschiedenen Widerstandswerten annehmen kann. Dies stellt im wesentlichen eine digital gesteuerte Stromquelle zur Verfügung. Jede neue Binärcode an die Eingänge erzeugt einen neuen diskreten Strompegel , die durch R 3 summiert wird eine neue diskrete Ausgangsspannungspegel zu liefern.

Hierbei sind die Werte der Widerstände R, R / 2, R / 4 und R / 8 , wobei R = 10K ohm und R 3 = 10K ohm. Das Ersatzschaltbild des Operationsverstärkers erzeugt V out = V in (R 3 / R in) = -5V (10K / R in) mit einem 5V - Eingang. Um alle möglichen Werte von R finden , in der wir die Standard "Widerstände parallel" Formel verwendet werden können:

1 / R in A = 1 / 8R + B 1 / 4R + C 1 / 2R + D 1 / R

Hier wirken die A bis D als binärer Koeffizient, der den Widerstand an der geeigneten binären Stelle modifiziert. Um die analoge Ausgangsspannung zu finden, verwenden Sie einfach die oben bereits aufgeführte Formel I:

V out = V in (R 3 / R in)

Unter der Annahme , V in von 5 V und R 3 von 10K, wir kommen mit der unten stehenden Tabelle aufgeführt.

Dieser binär gewichtete DAC ist auf 4-Bit-Eingang beschränkt, der 16 analoge Ausgabeschritte erzeugt. Um die Auflösung zu verdoppeln, könnten Sie denken, in vier weitere Widerstände bei 1 / 16R, 1 / 32R, 1 / 64R und 1 / 128R hinzuzufügen, und Sie wären korrekt ... aber nur teilweise. Dies ist, wo die Umsetzung fehlt der Theorie. Das Problem mit diesem Ansatz ist, dass, wenn Sie auf die 1 / 128R Widerstand zu bekommen, müssten Sie einen 78.125 Ohm Widerstand zu finden und auch wenn Sie eine gefunden, oder gebaut ein bis aus separaten Widerständen, würden Sie immer noch mit der Toleranz des Widerstandes geplagt werden Ebene. Eine Toleranz von 10% bedeutet , dass der Ist - Wert des 78,125 - Ohm - Widerstand im Bereich von +/- 10% schwanken. Sie können besser mit einem 1% Toleranz Widerstand, aber wie kommen Sie zu 3 signifikante Zahlen der Auflösung?

Diese gewichtete Binär / Skalierung Ansatz fällt uns, wenn wir mehr als nur ein paar Bits Auflösung benötigen. Was sollen wir tun? Verderben Sie diesen Entwurf und drehen Sie die Seite!

Schritt 3: R / 2R DAC

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Ziele auf einen Blick ...
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  • Identifizieren und diskutieren die Komponenten eines R / 2R DAC
  • Erstellen, konstruieren und modifizieren einen R / 2R DAC
  • Kritik und Bewertung der Wert und Mängel dieser Konstruktion

Der R / 2R Leiter DAC

Der Hauptvorteil beim Umstieg auf diese Art von benutzerdefinierten DAC ist seine Fähigkeit, die erforderlichen Präzisionsmängel zu überwinden, die Sie im skalierten, binär gewichteten DAC des vorherigen Abschnitts gefunden haben. Außerdem reduziert sie die verschiedenen Werte der Widerstände benötigt nur drei: R, 2R, R und f. Der Ausdruck R / 2R bedeutet einen Resistor mit dem Wert R und einen Widerstand mit dem Wert 2R oder den doppelten Wert von R.

Wie zu erwarten, hier sind die relevanten oder wichtigen Formeln bei der Arbeit mit dieser Art von DAC.

I = V ref / R

I sum = I (S 3/2 + S 2 / S 4 + 1/8 + S 0/16)

V out = -I Summe * R f

Wo V ref ist 5V, S 0 bis S 3 sind die Schalter in der Abbildung mit S 3 auf der Oberseite und S 0 auf der Unterseite. I Summe ist die Summe der Ströme der invertierende Eingang des Operationsverstärkers und R f ist der Rückkopplungswiderstand des Summierverstärkers eintritt.

Der Schlüssel zum Verständnis, wie dieser DAC arbeitet, ist zweifach.

Erstens muss man erkennen , dass der Strom durch einem Schalter gezeichnet ist immer die gleiche , unabhängig davon , ob es an GND oder V ref verbunden ist. Wird der Schalter auf GND angeschlossen ist, dann werde ich Summe auf GND fließen , aber wenn der Schalter nach oben geworfen wird , dann Summe Ich werde den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein , wie der Operationsverstärker eine virtuelle Masse erzeugt es Eingang ist invertiert (denken Sie daran , dass ein Operationsverstärker des nichtinvertierenden Eingang auf GND Einstellung wird den invertierenden Eingang = 0 V über negative Rückkopplung zu machen ... wenn Sie eine Auffrischung benötigen , meine Praktischer Betrieb Verstärker DIY Anleitung lesen Sie bitte).

Wenn Sie verstehen , dass der Strom durch einem Schalter fließt , ist immer konstant, macht es für die Variablen der Gleichungen viel einfacher als der Gesamtstrom I von V ref geliefert Lösung konstant sein wird, wie gut. Sobald Sie grok'd, können Sie herausfinden, welche Bruchteile des Gesamtstroms durch jeden der Zweige im R / 2R-Netzwerk mit einer einfachen Schaltung Analyse geht.

Es ist der Schlüssel, um zu verstehen, wie der Widerstand (und damit der Strom) berechnet wird und kann durchgeführt werden, indem eine einfache Reduktion der Schaltung durchgeführt wird. Bitte beachten Sie meine praktische Spannungsteilern für Details, wie das gemacht wird. Sobald Sie dies getan haben, haben Sie ein konsistentes Mittel, um Brüche von 1 / 2I, 1 / 4I, 1 / 8I und 1 / 16I zu erzeugen, die durch den Operationsverstärker summiert werden. Wenn beispielsweise die Schalter S 3, S 2 und S 1 (1101) geworfen werden, erhalten wir 1 / 2I, 1 / 4E, und 1 / 16I Strom I sum kombiniert. Um I selbst herleiten zu können, können wir einfach das Ohmsche Gesetz von V = IR verwenden oder für I, I = V / R lösen. Also, vorausgesetzt , V ref von 5 V, R von 10K Ohm und R f von 20K erhalten wir I = 5V / 10K = 500 uA. Mit diesem Fazit I = 1/2 (500uA) + 1/4 (500uA) + 1/16 (500uA) = 406,25 uA. Die endgültige Ausgangsspannung V out ist dann V out = -I Summe * R f = -500uA * 20K = -8.125V für einen digitalen Eingangswert von 1101.

Um einen R / 2R DAC mit höherer Auflösung zu erstellen, müssen Sie nur noch mehr Spannungsteiler hinzufügen und bei der Auswahl Ihrer Widerstände einige Vorsicht walten lassen.

Jetzt sind Sie bereit zu setzen, was Sie gelernt haben, zu verwenden und ein R / 2R DAC zu bauen. Drehen Sie die Seite und gehen wir!

Schritt 4: Erstellen Sie es

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Ziele auf einen Blick ...
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  • Entwerfen oder ändern Sie einen vorhandenen Schaltplan
  • Testwiderstände mit einem Multimeter zur Beurteilung von Toleranzen
  • Fertigen Sie Ihre eigene kundenspezifische Leiterplatte an
  • Löten Sie Oberflächenmontagekomponenten auf eine Platine
  • Testen und Verifizieren der DAC-Ausgabe

Lösen Sie den Lötkolben, suchen Sie Ihr Multimeter, und stählen Sie sich für einige grobe SMD auf SMD Aktion. Der R / 2R DAC, den Sie errichten werden, hat einige neue Eigenschaften, die ich nicht in den vorhergehenden Abschnitten bedeckte. Einige neue Funktionalität wurde hinzugefügt, um es auf pin-constrained AVRs wie die ATtiny-Serie verwendet werden, während die Wahl eines invertierenden Operationsverstärker auf Preis, Verfügbarkeit und Eingangsimpedanz basiert.

Bevor Sie beginnen

Ihr erster Schritt sollte es sein, eine gute Menge der erforderlichen Widerstände zu sammeln und ihre Toleranzen zu beurteilen. Denken Sie daran, dass, während Sie Widerstandswerte wie in der Nähe der angegebenen verwenden möchten, ist es definitiv wichtiger, dass alle verwendeten Widerstände genau die gleichen Werte haben. Das heißt, die Standardabweichung des Mittelwerts Ihrer Widerstandswerte sollte nicht signifikant sein. Mit anderen Worten, wenn das Schema gibt 2.2k, aber Sie haben nur 2k dann gut, aber was Sie wirklich wollen, ist, dass alle diese 2k Widerstände Sie haben genau die gleichen Werte. Sie tun dies, indem Sie sie mit der Ohm / Widerstand-Einstellung auf Ihrem Multimeter testen. Wenn Sie sie alle messen und haben ein Haufen, die 1999 Ohm oder vielleicht 2005 Ohm dann verwenden, dass die Gruppierung. Abweichungen von den Mittelwerten haben mehr Einfluss auf die DAC-Übertragungsfunktion als der ursprüngliche vorgegebene Widerstandswert innerhalb seiner Toleranz.

Um die Dinge ein wenig einfacher, ich habe eine Bill of Material (BOM) auch weiter unten , so können Sie organisieren und Einrichtung Ihrer mis en place Werkbank.

Stückliste

Teil Wert Gerät Paket Beschreibung
IC1 74HC164N 74HC164N DIL14 8-Bit-Parallelschaltung SHIFT REGISTER
IC2 74HC164N 74HC164N DIL14 8-Bit-Parallelschaltung SHIFT REGISTER
IC3 TL082P TL082P DIL08 OPERATIONSVERSTÄRKER
JP1 SIGNAL_OUT M01PTH 1X01 Überschrift 1
JP2 VCC M01PTH 1X01 Überschrift 1
JP3 GND M01PTH 1X01 Überschrift 1
JP4 RESET M01PTH 1X01 Überschrift 1
JP5 UHR M01PTH 1X01 Überschrift 1
JP6 SIGNAL_IN M01PTH 1X01 Überschrift 1
R1 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R2 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R3 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R4 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R5 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R6 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R7 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R8 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R9 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R10 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R11 20K R-US_R0805 R0805 enthält WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R12 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R13 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R14 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R15 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R16 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R17 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R18 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R19 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R20 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R21 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R22 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R23 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R24 10K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol
R25 20K R-US_R0805 R0805 WIDERSTAND, amerikanisches Symbol

Beachten Sie, dass diese R / 2R - DAC mit einer Auflösung von 12 Bit Sportarten, die 2 12 möglichen binären Eingangscodewerte. Rückruf aus der Theorie Diskussion vor, dass je höher die Auflösung der DAC, desto kleiner die analoge Schritte zwischen jedem Ausgangswert, was bedeutet, dass das Gerät die analoge Ausgabe lesen sollte in der Lage sein, Probe und wandeln mit mindestens so viel Genauigkeit.

Sie werden auch feststellen, dass anstelle dieser klobigen manuellen Schalter ich in früheren Demonstrationen verwendet, nimmt dieser DAC eine serielle Eingabe in zwei Ketten seriell-in / parallel-out Schieberegister. Das hält uns davon ab, 12 dedizierte I / O-Pins für die digitalen Code-Eingänge zu liefern. Der Operationsverstärker am Ende ist von der JFET Sorte, also gibt es uns eine hohe Eingangsimpedanz. Wenn Sie wissen müssen, warum dies wichtig ist, beachten Sie bitte meine praktischen Operationsverstärker DIY-Anleitung.

Diese Platine besteht aus sechs Signalen bestehend aus SIGNAL_IN [DIGITAL], CLOCK / STROBE,! RESET, SIGNAL_OUT [ANALOG] und zwei Stromsignalen: VCC und GND. Es folgt eine kurze Definition dessen, was jedes Signal bedeutet.

SIGNAL_IN
Dieses Signal ist der digitale serielle Dateneingang in die Schieberegister des DAC.

UHR
Für jede Verschiebung von Werten, tippen Sie die CLOCK-Zeile und die Schieberegister verschieben alle Werte um eine Flip-Flop-Position.

! RESET
Dies ist ein aktives LOW-Signal, das die Schieberegister auf Nullwerte zurücksetzt.

SIGNAL_OUT
Dies ist das analoge Signal des Umwandlungsprozesses und der Übertragungsfunktion auf Basis der Eingänge.

VCC und GND
VCC sollte mindestens 5V sein, aber könnte nach oben von ≈15V sein. Denken Sie daran, je größer die Potentialdifferenz zwischen VCC und der virtuellen Masse des Operationsverstärkers ist, desto größer sind die analogen Schritte und leichter wird es für einen ADC eines Mikrocontrollers sein, jeden Wert von den anderen zu unterscheiden.

Herstellen der Leiterplatte

Hier haben Sie die Wahl, entweder mein angebotenes Design und die Herstellung einer Leiterplatte von ihm oder Sie können es ändern, aber Sie wollen im Voraus. Es gibt einige große instruructables, die PCB-Herstellung in der Heimat zu decken, so werde ich nicht wiederholen, dass hier. Wenn Sie mit diesem Schritt fertig sind, sollten Sie eine kleine doppelseitige Leiterplatte mit hellen und glänzenden Kupfer-Spuren, die nur darauf warten, dass Sie Zinn und Löt-Chips auf.

Lötmittelkomponenten

Sie können aus der Stückliste sehen, dass die drei ICs alle PTH-Gehäuse sind (dh Durchgangsloch), während alle Widerstände, die in der Leiter verwendet werden, 0805 SMD sind. Wenn Sie noch nicht die Foray in SMD Löten eingegeben haben ist jetzt Ihre Chance. Die 0805 Paket-SMDs sind klein, aber ziemlich einfach, mit zu arbeiten, wenn Sie einige Pinzette benutzen und Ihre Zeit nehmen. Es hilft, wenn die Kupfer-Spuren sind leicht verzinnt wie dann die meisten es braucht, um eine Seite des Widerstandes auf eine heiße Pad, dann drücken Sie nach unten von oben mit Ihrer Pinzette, während Sie die andere Seite löten. Sie sollten eine schöne befriedigende "Klick", wie es auf dem Pad sitzt. Natürlich sind die Widerstände nicht polarisiert, also spielt es keine Rolle, in welche Richtung Sie sie einlöten.

Ich fügte alle ICs in ihre eigenen Steckdosen, aber nicht das Gefühl, dass Sie dies tun müssen. Ich habe es getan, damit ich die ICs herausziehen und sie später wieder verwenden kann. Wenn Sie es vorziehen, stecken Sie sie einfach auf die Platine. Außerdem lief ich alle Signal- und Stromspuren auf einen ziemlich ungewöhnlichen PTH-Fußabdruck. Ich bin nicht sicher, warum ich dies tat, aber in der neuesten Revision der Schaltplan und Board-Datei, lief ich die Spuren zu einem Header. Also, wenn Sie sehen, eine Diskrepanz zwischen den Bildern hier und dem Schaltplan, deshalb.

Experimentieren und spielen

Nun, da Sie fertig sind Ihre R / 2R DAC fertig ist es Zeit, um es zu einem gewissen Gebrauch und seine Genauigkeit zu analysieren. Wenn Sie mit einem Multimeter den analogen Ausgangswert zu lesen, dann ist es wahrscheinlich am einfachsten, dies zu tun, indem Sie Ihre Mikrocontroller den digitalen Eingang ändern, aber sehr langsam, so dass das analoge Signal erhält einige Einschwingzeit von Ihrem Multimeter gelesen werden.

Herzlichen Glückwunsch, Sie haben jetzt einen hochauflösenden, benutzerdefinierten DAC!

Schritt 5: Schlussfolgerung

Praktische DACs

Schlussfolgerung

Herzlichen Glückwunsch zu machen es so weit. Ich habe diskutiert, was ein DAC ist und in welcher Art von Anwendungen können sie nützlich sein. Ich habe alle markanten Komponenten eines funktionierenden DAC aufgezeigt und zeigt Ihnen zwei verschiedene Arten von DACs: eine einfache gewichtete binäre DAC und eine skalierbare R / 2R Leiter DAC. Schließlich gab ich Ihnen ein fertiges Design, um Ihre eigenen benutzerdefinierten 12-Bit-DAC auf die billige für Sie zu spielen. Ich hoffe, dass Sie diese Rate meiner "praktischen" Reihe von DIY electronics instructables genossen haben. Wie immer, ich bin offen für Ihre Kommentare und Vorschläge, wie kann ich dies, oder eine meiner anderen, Lehrpläne besser machen. Prost! Gian

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