analogue and digital outputs - naresuan university 06-1.pdf · analogue output 3 d/a specifications...

ANALOGUE

AND DIGITAL OUTPUTS

1

Analogue Output 2

DACs

IC DAC มีทั้งแบบท่ีรับส่งขอ้มูลแบบขนานและอนุกรม Weighted-resistor

N คือ จ านวนบิต

R-2R network

Nreff Val

VR

RV

out 2

1

1

2

2

1

10

2222

N

NNNref

f

out

DDDDV

R

RV

Analogue Output 3

D/A Specifications Resolution ดูไดจ้ากจ านวนของบิตท่ีเป็น Input ของ D/A เช่น D/A มี

Input จ านวน 8 บิต สามารถสร้างระดบัแรงดนั Output ได 28 หรือ 256 ระดบั, Resolution = 1/256

Full-scale Output Voltage บอกถึงค่าแรงดนั Output มากท่ีสุด หรือเม่ือป้อนขอ้มูลท่ีเป็น “1” ทุกบิตใหก้บั D/A ซ่ึงจะนอ้ยกวา่ค่า Vref อยู ่1 LSB เสมอ

Input Code สามารถมีไดห้ลายชนิดเช่น Binary, BCD, Offset Binary ซ่ึงในการใชง้าน ตอ้งส่งขอ้มูลไปใหก้บั D/A ใหถู้กตอ้ง

Accuracy คือค่าความถูกตอ้งของแรงดนั Output ท่ีไดอ้อกมาจริง เปรียบเทียบกบัค่าแรงดนั Output ท่ีควรจะไดต้ามทฤษฎี โดยทัว่ไปแลว้ ค่าความผดิพลาดของ D/A กจ็ะมีค่าไม่เกิน +/- ½ LSB

Linearity หมายถึงค่าความผดิพลาดของ Output Voltage ท่ีวดัไดเ้ทียบกบัแนวเส้นตรงท่ีได ้เม่ือแปรค่าของขอ้มูลจากนอ้ยไปมาก มีค่าประมาณ +/- ½ LSB

Settling Time คือระยะเวลาท่ี D/A ใชใ้นการท าให ้Output Voltage มีค่าเท่ากบัขอ้มูลท่ีป้อนเขา้ไป มีความผดิพลาดได ้+/- ½ LSB

Digital Output 4

Digital output 5

Digital output

ตวัอยา่ง 74LS541 Octal Buffer

6

Digital Output Devices 7

LEDs

Multiple LEDs in parallel.

Multiple independent LEDs

Multiple LEDs constant current drive


การตอ่ LED ทีละ 1 ดวง ใหต้ดิที่ Logic ‘1’

VOH = R·IOH+VLED

จากตารางใน datasheet ของตวัไมโครคอนโทรลเลอร ์

IOH=-10A, VOH= VDD-0.3

IOH=-60A, VOH= VDD-1.5

จากขอ้มลูของ LED

ILED=15mA

ไมส่ามารถต่อ LED ใหติ้ดท่ีลอจิก 1 ในลกัษณะน้ีได ้

LED

Port x.x

+1.8

-

R

IOH

VOH


การตอ่ LED ทีละ 1 ดวง ใหต้ิดที่ Logic ‘1’ โดยใช ้Buffer

VOH = R·IOH+VLED

R =( VOH - VLED)/IOH

จากตารางใน datasheet ของตวั Buffer 74LS541

IIH= 20A, IOH=-15 mA, VOH= 3.4 V

จากขอ้มลูของ LED

ILED=15mA ปริมาณน้ีเท่ากบั IOH ของ Buffer เพราะฉะน้ันจงึสามารถใช ้Buffer น้ีขบั LED ตวัน้ีได ้

โดย R = ( VOH - VLED)/IOH= (3.4-1.8)/15m

=106.66 110

LED

Port x.x

+1.8

-

R

IOH

VOH

74LS541IIH


การตอ่ LED ทีละ 1 ดวง ใหต้ิดที่ Logic ‘0’

Port 1.5, 1.6 และ 1.7

จาก Datasheet ท่ี Test conditions

VDD = 4.5V, IOL= 16 mA มีค่า VOL= 1V และ Maximum IOL= 20 mA

V(+)-VOL = VR+VF(LED)

4.5 - 1 = ILED*R + 1.8

จากขอ้มลูของ LED ตอ้งการ ILED=15mA

R= [4.5-1-1.8]/ 15mA

=113.33 113

LED

Port x.x

V+

R

+VF=1..8

-

VOL

IOL


การตอ่ LED ทีละ 1 ดวง ใหต้ิดที่ Logic ‘0’

Port อื่นๆ

จาก Datasheet ท่ี Test conditions VDD = 4.5V, IOL= 3.5 mA มีค่า VOL= 1 V และ Maximum IOL= 15 mA แสดงวา่สามารถน า LED มาต่อใชง้านในลกัษณะน้ีไดแ้ต่ VOL จะมีค่ามากกวา่ 1V มาก

IOL= 15 mA, VOL>> 1

V(+)-VOL = VR+ VF(LED)

VR = V(+) - VOL -1.8

เม่ือ (VOL>> 1)

R


Opto-isolator

PC817

Port x.x

5 V

R1

VOL

IOL

12 V

Output

R2

Port x.x R1VOH

IOH

12 V

Output

R2


Opto-isolator

LED constant-current drive

with microprocessor control

2SC1815Y

PC817

Zener Diode 3.3 V

2SC1815Y

+12 V +5 V

to output


Driving BJT

Driving MOSFET

Ex ถ้า transistor ในรูปเป็น transistor 2SC1815Y ต่ออยู่กบั Microcontroller P89V51RD2 ค านวนหาค่า R1


Solenoid and Relays

A solenoid อุปกรณอ์ะไรก็แลว้แต่ท่ีมีลกัษณะเป็นขดลวด (solenoid) และใชห้ลกัการ electromagnetic ในการควบคุมการท างานทางกล (mechanical function) แบ่งเป็น Continuous-duty solenoids ออกแบบเพ่ือใหถ้กูกระตุน้อยูต่ลอดเวลาขณะท างาน Pulse-duty solenoids ออกแบบเพ่ือใหไ้มจ่ าเป็นตอ้งมีการกระตุน้ตลอดเวลาขณะท างาน Pulse-duty solenoid ออกแบบใหส้ามารถสรา้งแรงแมเ่หล็กไดม้ากโดยไม่ตอ้งใชก้ระแสไฟฟ้าสงู

A relay เป็น solenoid ท่ีใชค้วบคุมการท างานของหน้าสมัผสัหรือสวิทชท์างไฟฟ้า


Solenoid Valves

เมื่อขดลวดไดร้บัการกระตุน้แกนจะถูกดึง

เขา้ไปในขดลวด Solenoid ท าให ้

Valves เปิด ใชค้วบคุมการไหล

Directional Valves กระตุน้เพื่อหยุดและควบคุมทิศทางการไหล

Relay control and clamping 17

เกิดกระแสไฟฟ้าไหลยอ้นกลบั

ป้องกนัเกิดกระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลบั โดย Diode คร่อมขดลวด เม่ือ transistor turns off ทนัทีท่ี voltage เพิ่มขึน้ถึงระดบัVF diode (ประมาณ 0.6 V) diode จะเร่ิมน ากระแสทนัที ท าให้กระแสไมไ่หลผา่นตวัวงจรขบั relay แตจ่ะไหลผ่าน diode แทน

Relay G2RL Omron

Relay control 18

Ex PCB Relay 12V

G2RL Omron

MCS-51 port


DC Motor

Brushed DC motor

Brushless DC motor

Brushed DC motor แบ่งตามลกัษณะการวางต าแหน่งของขดลวดกบั แกนของแม่เหลก็ 1. แบบ Shunt Motor เป็นแบบการวางต าแหน่งของขดลวดขนานกบัแกนแม่เหลก็ เป็นแบบท่ี

สามารถปรับเส้นแรงไดอ้ยา่งอิสระ นิยมใชก้บัระบบควบคุมการเคล่ือนท่ีตอ้งการแรงบิตสูง 2. แบบ Series Motor เป็นแบบการวางต าแหน่งของขดลวดอนุกรมกบัแกนแม่เหลก็เป็นแบบ

เส้นแรงแม่เหลก็เป็นสัดส่วนกบักระแส เหมาะน าไปใชใ้นสภาวะเฉพาะคือ เม่ือตอ้งการแรงบิตสูงท่ีความเร็วต ่า

3. Compound


DC motor speed and

direction control

PWM (Pulse Width Modulation)

ท่ีความถ่ี 20 kHz หรือต ่ากวา่ เป็นความถ่ี ท่ีมนุษยส์ามารถไดย้นิเสียงมอเตอร์

ท างานได ้ถา้ความถ่ีสูงเกินไป ค่า Impedance ของขดลวดในมอเตอร์จะมี ค่าสูงท าใหเ้กิดความร้อนและการสูญเสีย

พลงังาน


IC ขบั DC motor

เช่น L293D Supply-Voltage Range: 4.5 V to

36 V

Output Current 600 mA Per Channel

Peak Output Current 1.2 A Per Channel

Output Clamp Diodes for Inductive

Transient Suppression (L293D)

PWM signal


Brushless DC motor

Stepper Motors

1. Permanent-magnet: a rotor with

alternating north and south poles

2. Variable-reluctance: a soft iron rotor

with teeth and a wounded stator.


3. Hybrid: adds teeth to a

permanent magnet motor,

resulting in better coupling

of the magnetic field into the

rotor and more precise movement.

มุม step

มอเตอร์จะหมุนไปทีละหน่ึง step ถา้มอเตอร์ 4 เฟส มีขดลวดชุดเดียว มอเตอร์ จะมีมุม step เท่ากบั 90 องศา ถา้มีขดลวดหลายชุดกจ็ะยิง่มีมุม step นอ้ยลง โดยจ านวน stepต่อรอบคือ 4 คูณจ านวนชุดขดลวด


วงจรขับ Stepping Motor

วงจรขบั Stepping motor อย่างง่าย การขบั Stepping motor แบบ 1 phase


Step Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4

1 ON OFF OFF OFF

2 OFF ON OFF OFF

3 OFF OFF ON OFF

4 OFF OFF OFF ON

1 ON ON OFF OFF

2 OFF ON ON OFF

3 OFF OFF ON ON

4 ON OFF OFF ON

1 ON OFF OFF OFF

2 ON ON OFF OFF

3 OFF ON OFF OFF

4 OFF ON ON OFF

การขบั Stepping motor

1. การขบัแบบ 1 เฟส

2. การขบัแบบ 2 เฟส

3. การขบัแบบ คร่ึงสเตป็

4. การขบัแบบ Microstepping

analogue and digital outputs - naresuan university 06-1.pdf · analogue output 3 d/a specifications...

Documents