ایجاد یک مبدل دیجیتال به آنالوگ(DAC)

آردوینو به خودی خود از سیگنال های خروجی(output) آنالوگ پشتیبانی نمی کند، بنابراین ما نیاز داریم تا راهی برای این محدودیت پیدا کنیم. راه حل این است که از یک مبدل دیجیتال به آنالوگ(DAC) استفاده کنیم. همان طور که از نام آن معلوم است، یک چنین مداری، ورودی(input) دیجیتال را به خروجی(output) آنالوگ تبدیل می کند. شما می توانید مدارهای DAC را بیشتر در لوازم برقی، مانند MP3 player پیدا کنید. این دستگاه آهنگی را که به صورت دیجیتال رمزگذاری شده است را به موج های صوتی آنالوگ تبدیل کند.

یکی از مهمترین ویژگی های یک DAC  رزولوشن(resolution) آن است. در رابطه با کار ما، باید چهار ولتاژ متفاوت تولید کنیم تا یک سیگنال ویدئو  ایجاد شود. برای رمزگذاری چهار سطح ولتاژ، ما به دو بیت(two bits) نیاز داریم؛ به این معنا که DAC ما از یک رزولوشن دو بیتی برخوردار است. جدول زیر، نشان می دهد که ما چگونه می توانیم مقادیر  این چهار ورودی(input) باینری را به سطوح ولتاژ خودشان تبدیل کنیم:

 ما می توانیم برای کنترل مقدار ورودی DAC از دو پین دیجیتال آردوینو استفاده کنیم؛ اما هنوز باید راهی پیدا کنیم که بسته به مقادیر پین ها، ولتاژهای مختلفی را تولید کنیم. راه های متفاوتی برای حل مسئله وجود دارد، اما ساده ترین راه این است که از یک DAC دودویی(binary-weighted DAC) استفاده کنیم. این مدار از ویژگی های زیر برخوردار است:

•  ما برای هر بیت ورودی به یک مقاومت نیاز داریم.
• همه ی مقاومت ها باید موازی باشند.
• مقدار مقاومت برای بیت 0# برابر با R است. و برای بیت 1# برابر با 2R است و برای بیت 3# برابر با 4R و همین طور الی آخر.

اجازه دهید بگوییم که ما از پین دیجیتال D7 و پین D9 در آردوینو، برای کنترل مقدار ورودی DACها استفاده می کنیم.  در تصویر زیر، ما می توانیم مدار DAC خود را مشاهده کنیم. ما باید مقاومت های  470Ω و 1kΩ را خودمان اضافه کنیم، اما ما یک مقاومت 75Ω  را رایگان دریافت می کنیم، زیرا این مقاومت بخشی از کانکتور ورودی(input connector) تلویزیون شماست.

 در اصل DAC دودویی(binary-weighted DAC)، یک مقسم ولتاژ است که یک ولتاژ ورودی(input) را به یک ولتاژ کوچکتر تبدیل می کند. ولتاژ خروجی(output) به مقادیر مقاومت ها بستگی دارد؛ که در اینجا مقادیر مقاومت ها 75 اهم و 470 اهم و 1 کیلو اهم است. اگر ما هردوی سیگنال های ورودی(input) را به 0V تنظیم کنیم، ولتاژ خروجی نیز برابر با 0V خواهد شد.  علت اینکه می توانیم سیگنال SYNC را ایجاد کنیم، همین است.

محاسبه ی ولتاژ خروجی(output) برای بقیه ی مقادیر ورودی خیلی سخت نیست، اما تئوری و فرمول های تقسیم ولتاژ فراتر از محدوده ی این کتاب است. تنها برای یاد آوری، تصویر زیر نشان می دهد که وقتی D7 را به 0V تنظیم کرده باشیم و D9 را به 5V تنظیم کرده باشیم، چگونه ولتاژ خروجی(output) را محاسبه کنیم:

فرمول زیر باید دقیقا بر اساس فرمول های الکترونیک بررسی شود:

 جدول زیر ولتاژهای خروجی را برای تمام ترکیب های مقادیر پین ها نشان می دهد. 

مقدار 1000 تقریبا .... بررسی شود.

 اکنون شما باید فهمیده باشید که چرا ما از یک مقاومت  470Ω و یک مقاومت  1kΩ استفاده کرده ایم. مقدار 1000 تقریبا دو برابر 470 است، بنابراین مقادیر مقاومت ها از قواعد یک DAC دودویی(binary-weighted DAC) پیروی می کند. همچنین این دو مقاومت(که با مقاومت 75Ω تلویزیون ترکیب شده است) ولتاژهای خروجی که ما نیاز داریم را تولید می کند. توجه کنید که ولتاژهای خروجی دقیقا مساوی با آنچه که تعیین کرده ایم نیستند، و در عمل، اختلافات ناچیزی دارند. 

{module کمک نقدی به نویسنده}