Circuitos básicos DAC y ADC: cómo construir

Aquí se analizan los circuitos del convertidor de digital a analógico (DAC) y del convertidor de analógico a digital (ADC).

Un convertidor de digital a analógico (DAC) convierte datos digitales binarios en formato analógico utilizando una red de escalera R-2R (resistencia ponderada binaria) y un amplificador sumador. Se utiliza un amplificador operacional (741) como amplificador sumador.

Puede aprender a construir un convertidor digital a analógico utilizando una técnica sencilla explicada en detalle. Aquí se muestra el circuito y la forma de onda de salida simulada de un convertidor digital a analógico que utiliza la red en escalera R-2R.

Un ADC (convertidor analógico a digital) es un circuito electrónico que convierte su entrada analógica en un valor binario correspondiente. Para este proceso necesita circuitos integrados convertidores de analógico a digital.

Puede crear fácilmente este ADC de 2 bits utilizando un IC comparador LM324, una red divisora ​​de potencial y algunos circuitos combinacionales.

El tutorial de ADC se puede encontrar aquí. ADC con circuito integrado LM324.

Al tratar con microcontroladores, es posible que se encuentre con muchas situaciones en las que necesite utilizar ADC como voltímetros digitales, amperímetros, etc. En tales casos, es difícil configurar un circuito de hardware ADC separado para nuestro proyecto.

Afortunadamente, los microcontroladores PIC tienen un módulo ADC integrado que facilita la conversión de analógico a digital. Después de leer este tutorial de ADC, podrá programar un microcontrolador PIC para controlar el módulo ADC.

Entonces, antes de profundizar en el diagrama del circuito y el programa integrado, necesita conocer algunos detalles sobre ADC en PIC. ADC y biblioteca integrada funciones en Micro-C.

Este artículo describe todo lo que necesita saber sobre estos circuitos. Esperamos que encuentre mucha información detallada sobre estos temas a continuación.

1. CAD | Convertidor digital a analógico con red en escalera R-2R y amplificador operacional 741 con forma de onda de salida simulada

A continuación aprenderá más sobre el convertidor digital a analógico con la red en escalera R-2R y el amplificador operacional 741 con forma de onda de salida simulada. Primero, veamos el diagrama del circuito del convertidor digital a analógico.

Diagrama de circuito de un convertidor digital a analógico con R-2R DAC y amplificador operacional 741

Componentes necesarios Protocolo Convertidor digital a analógico con amplificador operacional

1. Resistencias (1KΩx4, 2KΩx5)
2. 741 amplificadores operacionales
3. 7493 contador IC

Principio de funcionamiento del DAC de red en escalera R-2R

• La red de escalera de resistencias R-2R utiliza solo dos conjuntos de resistencias: R y 2R. Si desea construir un circuito DAC muy preciso, debe ser preciso al elegir los valores de resistencia. Deben coincidir exactamente con la relación R/2R.
• Esta es una red DAC de 4 bits. Considere los datos digitales D₃D₂D₁D₀= 0001 se aplica al DAC.
• Luego, la reducción del circuito equivalente de Thevenin se muestra a continuación.

• v_árbitro no es otra cosa que el voltaje de referencia del valor binario de entrada. Esto se aplica al binario 1, V._árbitro=5V. Y para el 0 binario, V_árbitro=0V.
• Sólo para 0001 D₀=V_árbitro. Todas las demás entradas están a 0 V, por lo que pueden tratarse como tierra.
• Así que finalmente V._árbitro/16 voltios aparece como entrada al amplificador operacional. Este valor se determina utilizando la ganancia del circuito amplificador operacional “–(R_F/R_I)”.
• Si procedemos de esta manera (reducción equivalente de Thevenin) obtenemos

• Tenga en cuenta que puede crear un DAC con cualquier cantidad de bits. Para hacer esto, simplemente aumente el tamaño de la red de resistencias agregando más ramas de resistencia R-2R.
• En este circuito, el IC 7493 solo proporciona entradas digitales para el DAC. Es un contador IC y no una parte integral del circuito DAC. Puede aplicar cualquier combinación de entradas binarias a D₃D₂D₁D₀

Forma de onda de salida del circuito DAC

Distribución de pines de componentes

Las señales prácticas, ya sean de audio, vídeo o fotografía, son todas de naturaleza analógica. Pero los circuitos y dispositivos digitales que utilizamos aún deben capturarse y analizarse directamente en términos analógicos. Convierten las señales en señales digitales para su procesamiento. Esto significa que se puede acceder a nuestras señales requeridas en los terminales de salida. Por eso es tan importante el conversor digital a analógico con R-2R y amplificador AP.

2. ¿Qué es un convertidor analógico a digital? ADC con circuito integrado LM324

Como describimos anteriormente, el convertidor analógico a digital convierte señales analógicas en señales binarias o digitales. Ahora veamos cómo funciona el ADC con el IC LM324 en la siguiente sección.

Diagrama de circuito de un convertidor analógico a digital con LM324 IC

Componentes necesarios para el circuito ADC

1. Resistencias (1Kx4)
2. CI LM324
3. 7404 IC
4. IC 7432
5. 7409 IC

Diseño de un convertidor analógico a digital.

Las tablas de verdad y los K-maps son absolutamente necesarios antes de sumergirse en la digitalización.

Tabla de verdad del convertidor ADC de 2 bits

K-Maps para ADC

Cómo funciona el circuito convertidor analógico a digital

• Cuando la entrada analógica excede el voltaje de referencia de un comparador, ese comparador se enciende.
• Sin embargo, cuando todos los comparadores están apagados, la señal de entrada analógica está entre 0V y +Vref/4.
• Cuando Ci está alto y otros en OFF, la entrada debe estar entre +Vref/4 y +Vref/2.
• Y cuando C2 es alto, Ci es bajo, la entrada debe estar entre +Vref/2 y +3Vref/4.
• Aquí se aplica lo mismo: si todos los comparadores están encendidos, la entrada debe estar entre +3Vref/4 y +Vref.
• El ADC simultáneo también se llama ADC flash y tiene la velocidad de conversión más rápida. Sin embargo, la complejidad del circuito útil aumenta al aumentar la resolución.

Asignación de pines de los componentes

LM324 es un CI tan eficiente que puede funcionar en un rango de 3 a 32 voltios. Por lo tanto, es obvio utilizarlo en combinación con un convertidor analógico-digital. Contiene cuatro amplificadores operacionales que pueden digitalizar fácilmente señales analógicas.

3. Convertidor analógico a digital con microcontrolador PIC16F877A | Guía para principiantes

A continuación se explica el proceso detallado de conversación analógico a digital con el microcontrolador PIC16F877A. Así que leamos la siguiente sección y creemos un nuevo ADC para usted.

Registro ADC en microcontrolador PIC

• CAD (convertidor analógico-digital) módulo se ofrece en muchos modelos PIC MCU.
• El módulo convertidor analógico a digital (A/D) tiene ocho entradas para los microcontroladores PIC de 40 pines.
• En PIC16F877A, PORTA está multiplexada con registro ADC, comparador y operaciones de E/S digitales. Debido a la disponibilidad de ADC, PORTA también se denomina puerto analógico.
• Para trabajar con ADC, necesitamos configurar el registro ADC correctamente.
• En PIC MCU la conversión es una entrada analogica Efectos de señal en equivalente. digitales de 10 bits Número (ADC de 10 bits).

Biblioteca Micro C ADC y rutinas de biblioteca importantes para el módulo ADC

Las funciones de la biblioteca Micro C proporcionan una plataforma conveniente para trabajar con el módulo ADC en PIC. Lo único que debemos agregar es esto. biblioteca LCD al director de la biblioteca.

¿Para qué se utiliza ADCON1 (Registro de control digital analógico)?

El ADCON1 Register configura las funciones de los pines del puerto. Los pines del puerto se pueden configurar como entradas analógicas o como E/S digitales según el valor en el registro ADCON1. En nuestro programa utilizamos ADCON1=0x80 porque lo usamos PORTA como Conexión de entrada analógica.

adc = ADC_Read(1)

Este lee el valor analógico del canal 1 (PORTA.F1) y, tras convertirlo a un valor digital de 10 bits, lo almacena en una variable “adc”.

¿Para qué se utiliza Cmcon (Registro de control del comparador)?

PIC tiene dos análogo Comparadores multiplexados con PORTA, y estos comparadores pueden operar en 8 modos diferentes con respecto a los valores del registro CMCON.

Aquí solo muestro un modo Modo comparador desactivadotodos los demás modos están fuera de nuestro interés.

Para operación CAD Nosotros No necesito el CMCON para registrarse. Entonces apagamos el comparador ajustándolo. CMCON=0x07 (0x07=0000 0111). Así, el estatus de CMCON debiera ser-

Esto apaga los comparadores.
Si tiene una idea sobre los códigos anteriores, comencemos con la programación en micro C. El programa es muy sencillo y sólo los 3 códigos son nuevos para ti.

Diagrama de circuito de ADC con PIC16F877A

Componentes necesarios para la conversión de analógico a digital

1. PIC16F877A
2. Oscilador de Cristal (Elige la frecuencia según tus necesidades)
3. Condensador cerámico (22 pF x 2)
4. LED x 10
5. Resistencias (100 Ω x 10, 1/4 vatio)

Programa Micro C del módulo LCD PIC

en este programa PUERTO Y 2 bits de PORTC (RC7, RC6) se utilizan para mostrar la salida porque la salida del ADC es de 10 bits y el programa trabaja con ella. bucle hacer-mientras.

unsigned int adc; // Variable to save ADC value 
void main() // Start of Main function
{ 
    CMCON = 0x07; // Disable Comparators 
    ADCON1 = 0x80; // For ADC Module configuration
    TRISA = 0xFF; // PORTA is input (ADC Input) 
    TRISB = 0x00; // PORTB is output 
    TRISC = 0x00; // PORTC is Output 
    do
    { 
        adc = ADC_Read(1); // Get 10-bit results of AD conversion of channel 1 
        PORTB = adc; // Send lower 8 bits to PORTB 
        PORTC = adc >> 2; // Send 2 most significant bits to RC7, RC6 
    } while(1);
}

Debe grabar el archivo hexadecimal creado después de todo el proceso de construcción del convertidor analógico a digital con PIC16F877A.

Diploma

Todo lo relacionado con el convertidor analógico a digital y el convertidor digital a analógico, incluido cómo funcionan con el CI comparador LM324, la red en escalera R-2R, el amplificador operacional 741 y el microcontrolador PIC16F877A, se describe arriba en este artículo. . Esperamos que esta guía le haya resultado útil y que, después de leer este artículo, haya adquirido todos los conocimientos básicos sobre los circuitos DAC y ADC. Si tiene alguna pregunta o consulta sobre este tema, no dude en preguntar en la sección de comentarios a continuación. Gracias por leer.