Modul DAC MCP4725, I2C, 12 biti, cu EEPROM, HW-315

Modulul MCP4725 este un convertor digital-analogic cu interfata I2C, care genereaza o tensiune analogica reala pe pinul OUT, pornind de la o valoare digitala trimisa de pe o placa de dezvoltare. Acest tutorial arata cum se conecteaza si se programeaza modulul cu o placa Arduino Uno, pentru a obtine o tensiune reglabila intre 0 V si tensiunea de alimentare.

Cum functioneaza:

MCP4725 este un DAC cu rezolutie de 12 biti, ceea ce inseamna ca accepta valori digitale intre 0 si 4095. Tensiunea de iesire se calculeaza aproximativ cu formula Vout = cod x VCC / 4096, unde VCC este tensiunea de alimentare a modulului. La o alimentare de 5 V, codul 0 produce aproximativ 0 V, codul 2048 produce aproximativ 2.5 V, iar codul 4095 produce aproximativ 5 V. Modulul retine ultima valoare scrisa in memoria EEPROM interna, astfel incat poate reporni cu aceeasi iesire si fara ca microcontrolerul sa fi transmis inca ceva dupa alimentare.

Ce ai nevoie:

• 1 x MCP4725 I2C DAC Breakout Module
• 1 x Placa dezvoltare Uno R3 cu Wifi ESP8266, compatibila Arduino
• 1 x Cablu MiniUSB, 30cm
• 1 x 40 fire Dupont 10cm, Mama-Mama

Conectare:

Modulul se alimenteaza direct de la pinul de 5 V al placii Arduino Uno, iar liniile I2C se conecteaza la pinii dedicati A4 si A5.

Arduino Uno lucreaza la 5 V logic, acelasi nivel acceptat de modul, asa ca nu este nevoie de convertor de nivel pe SDA si SCL. Pinii A4 si A5 au pull-up intern activat automat de biblioteca Wire, suficient pentru un singur modul pe magistrala.

Placa si biblioteci:

Din Arduino IDE selectati placa Arduino Uno, disponibila implicit in pachetul Arduino AVR Boards. Nu este nevoie de nicio adresa suplimentara in File Preferences pentru aceasta placa. Instalati din Library Manager biblioteca Adafruit MCP4725 de la Adafruit, care are nevoie si de biblioteca Wire, inclusa deja in Arduino IDE.

Codul:

Codul initializeaza modulul pe adresa I2C 0x60, trimite pe rand cateva valori cunoscute si apoi genereaza un ciclu de unda sinusoidala pe iesire.

/*
  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);
  }
}

Cum functioneaza codul:

La inceputul programului sunt incluse bibliotecile Wire si Adafruit_MCP4725, este creat obiectul dac de tip Adafruit_MCP4725 si este definita constanta MCP4725_I2C_ADDRESS cu valoarea 0x60, adresa implicita a modulului cu pinul ADDR legat la masa.

In functia setup se initializeaza comunicatia seriala, se porneste magistrala I2C cu Wire.begin, iar apoi se apeleaza dac.begin cu adresa modulului. Daca modulul nu raspunde, mesajul de eroare este afisat pe monitorul serial si programul ramane blocat intr-o bucla de asteptare.

In functia loop, vectorul steps contine cinci coduri digitale reprezentative intre 0 si 4095. Pentru fiecare valoare, dac.setVoltage trimite codul catre modul, iar programul calculeaza si afiseaza pe monitorul serial tensiunea aproximativa asteptata la iesire, folosind formula cod x VCC / 4095.

Dupa parcurgerea celor cinci valori, codul genereaza un ciclu complet de unda sinusoidala, calculand pentru fiecare unghi intre 0 si 360 de grade o valoare normalizata intre 0 si 1 cu functia sin, pe care o transforma intr-un cod digital intre 0 si 4095 trimis catre modul cu dac.setVoltage.

Rezultat:

Deschideti monitorul serial la 9600 baud. Veti vedea mesajul de confirmare a initializarii modulului, apoi cele cinci coduri digitale impreuna cu tensiunea aproximativa calculata pentru fiecare, urmate de mesajul care anunta generarea ciclului de unda sinusoidala. Daca masurati pinii OUT si GND cu un multimetru in timpul fiecarei pauze de o secunda, veti citi o tensiune apropiata de cea afisata pe monitor.

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

Probleme frecvente:

Daca monitorul serial afiseaza mesajul ca modulul nu a fost gasit, verificati ca SDA si SCL nu sunt inversate intre ele si ca masa modulului este conectata la masa placii Arduino.

Daca tensiunea masurata pe OUT este tot timpul 0 V, verificati daca modulul este alimentat corect pe VCC si daca ati scris in cod o valoare diferita de 0 catre functia setVoltage.

Daca modulul nu raspunde pe adresa I2C 0x60, verificati jumperul ADDR, deoarece o punte accidentala spre VCC muta adresa modulului la 0x61.

Daca valorile citite pe OUT par instabile sau zgomotoase, verificati ca firele folosite pentru alimentare si pentru I2C sunt scurte si bine fixate, iar modulul nu este alimentat simultan din doua surse diferite.

Daca folositi doua module MCP4725 pe aceeasi magistrala si unul dintre ele nu raspunde corect, verificati ca ati dezactivat rezistentele de pull-up pe toate modulele in afara de unul singur.

Limitari si sfaturi:

Tensiunea de iesire a modulului este limitata intre 0 V si tensiunea de alimentare VCC, nu poate genera tensiuni negative sau mai mari decat alimentarea. Rezolutia de 12 biti ofera pasi de aproximativ 1.2 mV la o alimentare de 5 V, suficienti pentru majoritatea aplicatiilor de control si generare de semnal, dar insuficienti pentru masuratori de precizie foarte ridicata. Viteza de actualizare a iesirii este limitata de viteza magistralei I2C si de timpul de stabilizare de 6 us al convertorului, ceea ce face modulul potrivit pentru semnale lente sau de control, nu pentru semnale audio de inalta frecventa. Pornind de la acest montaj, puteti construi un generator de semnal cu forme de unda variate, o sursa de tensiune de referinta reglabila pentru alte circuite sau o bucla de control analogic pentru un amplificator sau un driver de motor.