View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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
Digital Output Devices 8
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
Digital Output Devices 9
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
Digital Output Devices 10
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
Digital Output Devices 11
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
Digital Output Devices 12
Opto-isolator
PC817
Port x.x
5 V
R1
VOL
IOL
12 V
Output
R2
Port x.x R1VOH
IOH
12 V
Output
R2
Digital Output Devices 13
Opto-isolator
LED constant-current drive
with microprocessor control
2SC1815Y
PC817
Zener Diode 3.3 V
2SC1815Y
+12 V +5 V
to output
Digital Output Devices 14
Driving BJT
Driving MOSFET
Ex ถ้า transistor ในรูปเป็น transistor 2SC1815Y ต่ออยู่กบั Microcontroller P89V51RD2 ค านวนหาค่า R1
Digital Output Devices 15
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
Digital Output Devices 16
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
Digital Output Devices 19
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
Digital Output Devices 20
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
Digital Output Devices 21
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
Digital Output Devices 22
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.
Digital Output Devices 23
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
Digital Output Devices 24
วงจรขับ Stepping Motor
วงจรขบั Stepping motor อย่างง่าย การขบั Stepping motor แบบ 1 phase
Digital Output Devices 25
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
Recommended