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Experiment 2: Digital-Analog-Wandler über I2C
● Auflösung: 8bit → 28 = 256 Stufen ● Betriebsspannung: 2,5 – 6V● Ausgangsspannung: 0,01V – VDD-0,04V
Preis derzeit: 2,45€(Reichelt)
● 4 AD-Wandler + 1 DA-Wandler
● Ausgangsstrom: max.10mA
DK4AQ, 14.05.2013V1.2
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Die Grundadresse ist 1001000b = 48h
Anschlüsse des Bausteins
Slave-Adresse des Bausteins: Die Bits A0-A3 sind Hardware-Anschlüsse, die von aussen am IC mitfesten Pegeln belegt werden klönnen.Damit kann die Adresse von 48h bis 4Fheingestellt werden.
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Blockbild PCF8591
Der PCF8591 ist ein Baustein, der basierend auf einem System in dem mit Hilfe der„sukzessiven Aproximation“ Analog-/Digital-Wandler und Digital-/Analog-Wandler.
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Der D/A-Wandler wird durch die Auswahl von Spannungsbeiträgen aus einemWiderstandsnetz erreicht. Jeder Beitrag entspricht seiner Gewichtung im binärenZahlensystem.
8-Bit-Binärwert
255 Schalter
Widerstands-netzwerk
„1“
„2“
„1“
„4“
„128“
„64“
Addition der Anteile
D/A-Wandlung
Ausgangsspannung: 0V-VREF,Einschwingzeit < 90µs,Genauigkeit: +/-1,5 LSB
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Eingangsspannung
Ausgangs-SpannungD/A-Wandler
Vergleicher
Binärer Wert,Ergebnis
Der A/D-Wandler nutzt die Struktur des D/A-Wandlers. Die A/D-Wandlung wird durchHochzählen des Registers erreicht. Mit dem Hochzählen steigt die Ausgangsspannungdes D/A-Wandlers. Der Vergleicher stellt fest, wann die D/A-Spannung den Engangs-wert erreicht. Dann wird das Hochzählen gestoppt und der bis dahin gezählte Wert istdas Ergebnis der Wandlung.
Messspannung: = 0V-VREF, Genauigkeit (Linearität): +/- 1,5 LSB, Wandlungszeit < 90µs
A/D-Wandlung
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Der Baustein verfügt über einControl-Register und ein Daten-Register (Lesen = A/D-Wert,Schreiben = D/A-Wert).
Im Control-Register kann man dieBetriebsart einstellen.Das Bit „Autoinkrement“ sorgt dafür,dass nach Lesen des eines Analog-Kanals automatiscvh der nächsteKanal eingelesen wird. So könnenüber I2C alle KaNnäle hintereinandergelesen werden.
Struktur des Control-Bytes
Für die D/A-Wandlung ist das Bit„Analog Output Enable“ wichtg. Esmuß auf 1 gesetzt werden. Alsobekommt das Control-Wwort den Wert0100000b oder 40h.
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Schaltung DA-Wandler steuern über I2C
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Details zur Hardware-Beschaltung des PCF8591
Adressierungseingänge A0-A2: GND => log. 0, Adresse des Chips ist damit dieGrundadresse 48h (s.o.)
Eingang EXT: GND , Es soll nicht ein externer Oszillator benutzt werden, sondern derinterne Oszillator
VREF: Der Baustein hat keine eigene Referenzspannung zur Spannungsmessung. Daherholen wir die Referenzspannung vom Arduino (3,3V). Ergebnis: der DA-Wert von 0-255bestreicht den Bereich von 0V bis 3,3V. Auch A/D-Messungen hätten den Eingangsbereich0-3,3V
AIN0-AIN3: Analogeingänge, werden in diesem Experiment nicht benutzt, GND
AGND: Masse-Referenzpunkt für alle Analog-Operationen, in diesem Experiment einfachauf GND
C3,C4: Abblockkondensatoren Betriebsspannung, möglichst dicht am Bausteinanschluss
C1,C2: Abblockkondensatoren Referenzspannung, möglichst dicht am Bausteinanschluss
Messinstrument: z.B. Vielfachmessgerät zur Anzeige der Ausgangsspannung
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Aufbauvorschlag I2C_DA_Wandl_Exp2
Kurze Drähte oberhalb des Wandlers und Kondensator möglichst dicht am IC sind wichtig.Der Widerstand R3 wird an das verwendete Messinstrument angepasst.
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Programm I2C_DA_Wandl_Exp2 (1)
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Programm I2C_DA_Wandl_Exp2 (2)
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Programm I2C_DA_Wandl_Exp2 (3)
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SDA
SCL
Anhang