MCP4725 DAC modul, I2C, 12 bites, EEPROM-mal, HW-315

Az MCP4725 modul egy I2C interfészű digitális-analóg konverter, amely az OUT pinen valódi analóg feszültséget állít elő a fejlesztőplaca által küldött digitális érték alapján. Ez az útmutató bemutatja, hogyan csatlakoztassa és programozza a modult egy Arduino Uno plakával, hogy szabályozható feszültséget érjen el 0 V és a tápfeszültség között.

Hogyan működik:

Az MCP4725 egy 12 bites felbontású DAC, ami azt jelenti, hogy 0 és 4095 közötti digitális értékeket fogad el. A kimeneti feszültség körülbelül a Vout = kód x VCC / 4096 képlettel számítható ki, ahol VCC a modul tápfeszültsége. 5 V-os tápnál a 0 kód körülbelül 0 V-ot, a 2048 kód körülbelül 2,5 V-ot, a 4095 kód pedig körülbelül 5 V-ot produkál. A modul megjegyzi az utolsó, a belső EEPROM memóriában írt értéket, így az ellátás után ugyanezzel a kimenettel lehet újraindítani, anélkül hogy a mikrokontroller még küldött volna valamit.

Amire szüksége van:

• 1 x MCP4725 I2C DAC Breakout Module
• 1 x Uno R3 fejlesztőplaca WiFi ESP8266-tal, Arduino kompatibilis
• 1 x Mini USB kábel, 30 cm
• 1 x 40 Dupont vezeték 10 cm, Anya-Anya

Csatlakoztatás:

A modult közvetlenül az Arduino Uno 5 V-os tüskéjéről táplálják, az I2C vonalak pedig az A4 és A5 dedikált tüskékhez csatlakoznak.

Az Arduino Uno 5 V logikai szinten működik, ugyanaz az a szint, amelyet a modul is elfogad, így nem szükséges szintkonverter az SDA és SCL vonalon. Az A4 és A5 tüskéken belső pull-up van engedélyezve automatikusan a Wire könyvtár által, ami elegendő egy modulhoz a sínen.

Placa és könyvtárak:

Az Arduino IDE-ben válassza ki az Arduino Uno platfot, amely alapértelmezésben az Arduino AVR Boards csomagban érhető el. Ehhez a plahoz nincs szükség további cím hozzáadására a File menü Preferences pontjában. Telepítse a Library Manager-ból az Adafruit MCP4725 könyvtárat az Adafruit-tól, amelyhez a Wire könyvtárra is szüksége van, amely már benne van az Arduino IDE-ben.

A kód:

A kód inicializálja a modult az I2C 0x60 címen, sorra küld néhány ismert értéket, majd szinuszhullám-ciklust állít elő a kimeneten.

/*
  Board: Arduino Uno (Arduino AVR Boards package)
  Library: Adafruit MCP4725 by Adafruit (requires Wire, included with Arduino IDE)
  Wiring:
    Arduino 5V  -> MCP4725 VCC
    Arduino GND -> MCP4725 GND
    Arduino A4 (SDA) -> MCP4725 SDA
    Arduino A5 (SCL) -> MCP4725 SCL
*/
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MCP4725.h>
Adafruit_MCP4725 dac;
const uint8_t MCP4725_I2C_ADDRESS = 0x60; // default address, ADDR pad tied to GND
const float VCC = 5.0; // Arduino 5V rail used as the DAC reference
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    // wait for the serial port on boards that need it
  }
  Wire.begin(); // join the I2C bus as master on A4 (SDA) and A5 (SCL)
  if (!dac.begin(MCP4725_I2C_ADDRESS)) {
    Serial.println("MCP4725 not found, check wiring and I2C address");
    while (1) {
      // halt here, nothing useful can be done without the DAC
    }
  }
  Serial.println("MCP4725 ready");
}
void loop() {
  // Step through a few known DAC codes and print the expected output voltage
  uint16_t steps[] = {0, 1024, 2048, 3072, 4095};
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    uint16_t code = steps[i];
    dac.setVoltage(code, false); // write the code to the DAC register only, not to EEPROM
    float voltage = code * VCC / 4095.0;
    Serial.print("DAC code: ");
    Serial.print(code);
    Serial.print(" -> approx output: ");
    Serial.print(voltage, 2);
    Serial.println(" V");
    delay(1000);
  }
  // Generate one slow sine wave cycle to show a continuously changing analog output
  Serial.println("Generating sine wave cycle...");
  for (uint16_t angleDeg = 0; angleDeg < 360; angleDeg += 5) {
    float angleRad = angleDeg * PI / 180.0;
    float normalized = (sin(angleRad) + 1.0) * 0.5; // normalize sine to 0..1
    uint16_t code = (uint16_t)(normalized * 4095);
    dac.setVoltage(code, false);
    delay(20);
  }
}

Hogyan működik a kód:

A program elején a Wire és az Adafruit_MCP4725 könyvtárak szerepelnek, létrehozásra kerül a dac objektum, amely az Adafruit_MCP4725 típusú, és definiálásra kerül az MCP4725_I2C_ADDRESS konstans 0x60 értékkel, amely a modul alapértelmezett címe az ADDR tüské földre kötésénél.

A setup függvényben inicializálódik a soros kommunikáció, a Wire.begin-nel elindul az I2C sín, majd meghívódik a dac.begin a modul címével. Ha a modul nem válaszol, a hibaüzenet megjelenik a soros monitron és a program egy várakozási ciklusba marad.

A loop függvényben a steps vektor öt reprezentatív digitális kódot tartalmaz 0 és 4095 között. Minden egyes érték esetén a dac.setVoltage elküldi a kódot a modulnak, a program pedig kiszámítja és megjeleníti a soros monitron a kimenetről várható hozzávetőleges feszültséget a kód x VCC / 4095 képlet használatával.

Az öt érték feldolgozása után a kód egy teljes szinuszhullám-ciklust állít elő, számítva 0 és 360 fok közötti minden szög esetén egy 0 és 1 közötti normalizált értéket a sin függvénnyel, amelyet 0 és 4095 közötti digitális kóddá alakít át, amelyet a dac.setVoltage-val küld a modulnak.

Eredmény:

Nyissa meg a soros monitort 9600 baud sebességnél. Látni fogja a modul inicializálásának megerősítő üzenetét, majd az öt digitális kódot az egyes kódokhoz kiszámított hozzávetőleges feszültséggel, amelyet a szinuszhullám-ciklus generálásáról szóló üzenet követ. Ha a multiméteres OUT és GND tüskét méri az egyik másodperces szünet alatt, olyan feszültséget fog olvasni, amely közel van a monitoron megjelent értékhez.

MCP4725 ready
DAC code: 0 -> approx output: 0.00 V
DAC code: 1024 -> approx output: 1.25 V
DAC code: 2048 -> approx output: 2.50 V
DAC code: 3072 -> approx output: 3.75 V
DAC code: 4095 -> approx output: 5.00 V
Generating sine wave cycle...
DAC code: 0 -> approx output: 0.00 V
DAC code: 1024 -> approx output: 1.25 V
DAC code: 2048 -> approx output: 2.50 V
DAC code: 3072 -> approx output: 3.75 V
DAC code: 4095 -> approx output: 5.00 V

Gyakori problémák:

Ha a soros monitor azt mutatja, hogy a modul nem található, ellenőrizze, hogy az SDA és SCL nincsenek-e felcserélve egymással, és hogy a modul földtüskéje az Arduino plaka föld tüskéjéhez csatlakozik-e.

Ha az OUT-on mért feszültség mindig 0 V, ellenőrizze, hogy a modul megfelelően van-e táplálva a VCC-n és hogy a kódban nem írt-e eltérő értéket a setVoltage függvénynek.

Ha a modul nem válaszol az I2C 0x60 címen, ellenőrizze az ADDR jumpet, mivel a VCC-re való véletlen áthidalása a modul címét 0x61-re mozgatja.

Ha az OUT-on olvasott értékek instabilnak vagy zajosnak tűnnek, ellenőrizze, hogy a tápellátáshoz és az I2C-hez használt vezetékek rövidek-e és jól rögzítve vannak-e, valamint hogy a modul nem két különböző forrásból egyszerre van táplálva.

Ha két MCP4725 modult használ ugyanazon a sínen és az egyik nem válaszol megfelelően, ellenőrizze, hogy az összes modul pull-up ellenállásait letiltotta-e egy kivételével.

Korlátozások és tippek:

A modul kimeneti feszültsége 0 V és a tápfeszültség VCC közé van korlátozva, negatív vagy a tápnál nagyobb feszültséget nem tud generálni. A 12 bites felbontás körülbelül 1,2 mV lépéseket biztosít 5 V-os tápnál, amely elegendő a legtöbb vezérlési és jelalkalmazáshoz, de nem elegendő nagyon nagy pontosságú mérésekhez. A kimenet frissítésének sebessége az I2C sín sebességétől és a konverter 6 us stabilizációs idejétől függ, amely a modult lassú jelek vagy vezérlési alkalmazásokra alkalmassá teszi, nem pedig nagyfrekvenciás audiójel-alkalmazásokra. Ebből a felépítésből kiindulva felépíthet egy variálható jelalakzatokkal rendelkező jelegenerátor, egy referenciaáramforrás más áramkörökhöz vagy egy analóg vezérlő hurok egy erősítőhöz vagy egy motorvezérlőhöz.