O que você faz quando precisa de uma saída analógica no Arduino? Geralmente recorre à saída PWM, correto? Hoje vou apresentar uma outra opção para você que precisa de uma saída analógica real no Arduino: o Conversor Digital Analógico DAC MCP4725.
O Conversor Digital Analógico DAC MCP4725 trabalha com interface I2C e tensões de 3,3 ou 5V, com resolução de até 12 bits. Pode ser utilizado em circuitos de áudio e projetos que exijam uma variação de tensão analógica.
E como funciona ? Envie um valor digital para o módulo (de 0 a 4095, no caso da resolução de 12 bits), e o módulo vai gerar uma tensão proporcional no pino Vout. A tensão de saída está diretamente relacionada à tensão de alimentação do módulo: se você alimentar com 3.3V, o valor de saída estará entre 0 e 3.3V, se você alimentar com 5V, a saída estará entre 0 e 5V.
Pinagem e características do Conversor Digital Analógico MCP4725
O Conversor Digital Analógico MCP4725 é bem simples de usar, e vamos observar isso já na pinagem do módulo, que além dos pinos de alimentação possui os pinos para interface I2C e o Vout, que é o único pino de saída, onde teremos o sinal analógico:
O pino A0 serve para alterar o endereço I2C do módulo. Por padrão, o endereço do MCP4725 é 0x62. Aplique tensão (até 5V) no pino A0, e o endereço passa a ser 0x63. Isso significa que podemos ter 2 módulos MCP4725 ao mesmo tempo no barramento I2C.
Além disso, esse módulo também tem uma pequena EEPROM, que armazena o valor da tensão de saída que foi programada, assim você não precisa, cada vez que executar o programa, dizer qual é a tensão de saída.
Conexão e teste do módulo MCP4725
Você pode testar o MCP4725 conectando um led na saída do módulo e carregando um programa que gera uma onda senoidal nessa saída. Para isso, monte o seguinte circuito:
Agora, vá até este link e baixe a biblioteca Adafruit_MCP4725. Descompacte a biblioteca e coloque-a dentro da pasta LIBRARIES da IDE do Arduino.
Carregue o programa abaixo, que é o programa de exemplo Sinewave da biblioteca da Adafruit, e nele fiz algumas alterações nele para que não ficasse muito extenso aqui no post, utilizando apenas a resolução de 9 bits:
//Programa: Onda Senoidal MCP4725
//Alteracoes e adaptacoes: Arduino e Cia
//
//Baseado no programa de exemplo Sineware - Adafruit
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MCP4725.h>
Adafruit_MCP4725 dac;
//Define a resolucao
#define DAC_RESOLUTION (9)
const PROGMEM uint16_t DACLookup_FullSine_9Bit[512] =
{
2048, 2073, 2098, 2123, 2148, 2174, 2199, 2224,
2249, 2274, 2299, 2324, 2349, 2373, 2398, 2423,
2448, 2472, 2497, 2521, 2546, 2570, 2594, 2618,
2643, 2667, 2690, 2714, 2738, 2762, 2785, 2808,
2832, 2855, 2878, 2901, 2924, 2946, 2969, 2991,
3013, 3036, 3057, 3079, 3101, 3122, 3144, 3165,
3186, 3207, 3227, 3248, 3268, 3288, 3308, 3328,
3347, 3367, 3386, 3405, 3423, 3442, 3460, 3478,
3496, 3514, 3531, 3548, 3565, 3582, 3599, 3615,
3631, 3647, 3663, 3678, 3693, 3708, 3722, 3737,
3751, 3765, 3778, 3792, 3805, 3817, 3830, 3842,
3854, 3866, 3877, 3888, 3899, 3910, 3920, 3930,
3940, 3950, 3959, 3968, 3976, 3985, 3993, 4000,
4008, 4015, 4022, 4028, 4035, 4041, 4046, 4052,
4057, 4061, 4066, 4070, 4074, 4077, 4081, 4084,
4086, 4088, 4090, 4092, 4094, 4095, 4095, 4095,
4095, 4095, 4095, 4095, 4094, 4092, 4090, 4088,
4086, 4084, 4081, 4077, 4074, 4070, 4066, 4061,
4057, 4052, 4046, 4041, 4035, 4028, 4022, 4015,
4008, 4000, 3993, 3985, 3976, 3968, 3959, 3950,
3940, 3930, 3920, 3910, 3899, 3888, 3877, 3866,
3854, 3842, 3830, 3817, 3805, 3792, 3778, 3765,
3751, 3737, 3722, 3708, 3693, 3678, 3663, 3647,
3631, 3615, 3599, 3582, 3565, 3548, 3531, 3514,
3496, 3478, 3460, 3442, 3423, 3405, 3386, 3367,
3347, 3328, 3308, 3288, 3268, 3248, 3227, 3207,
3186, 3165, 3144, 3122, 3101, 3079, 3057, 3036,
3013, 2991, 2969, 2946, 2924, 2901, 2878, 2855,
2832, 2808, 2785, 2762, 2738, 2714, 2690, 2667,
2643, 2618, 2594, 2570, 2546, 2521, 2497, 2472,
2448, 2423, 2398, 2373, 2349, 2324, 2299, 2274,
2249, 2224, 2199, 2174, 2148, 2123, 2098, 2073,
2048, 2023, 1998, 1973, 1948, 1922, 1897, 1872,
1847, 1822, 1797, 1772, 1747, 1723, 1698, 1673,
1648, 1624, 1599, 1575, 1550, 1526, 1502, 1478,
1453, 1429, 1406, 1382, 1358, 1334, 1311, 1288,
1264, 1241, 1218, 1195, 1172, 1150, 1127, 1105,
1083, 1060, 1039, 1017, 995, 974, 952, 931,
910, 889, 869, 848, 828, 808, 788, 768,
749, 729, 710, 691, 673, 654, 636, 618,
600, 582, 565, 548, 531, 514, 497, 481,
465, 449, 433, 418, 403, 388, 374, 359,
345, 331, 318, 304, 291, 279, 266, 254,
242, 230, 219, 208, 197, 186, 176, 166,
156, 146, 137, 128, 120, 111, 103, 96,
88, 81, 74, 68, 61, 55, 50, 44,
39, 35, 30, 26, 22, 19, 15, 12,
10, 8, 6, 4, 2, 1, 1, 0,
0, 0, 1, 1, 2, 4, 6, 8,
10, 12, 15, 19, 22, 26, 30, 35,
39, 44, 50, 55, 61, 68, 74, 81,
88, 96, 103, 111, 120, 128, 137, 146,
156, 166, 176, 186, 197, 208, 219, 230,
242, 254, 266, 279, 291, 304, 318, 331,
345, 359, 374, 388, 403, 418, 433, 449,
465, 481, 497, 514, 531, 548, 565, 582,
600, 618, 636, 654, 673, 691, 710, 729,
749, 768, 788, 808, 828, 848, 869, 889,
910, 931, 952, 974, 995, 1017, 1039, 1060,
1083, 1105, 1127, 1150, 1172, 1195, 1218, 1241,
1264, 1288, 1311, 1334, 1358, 1382, 1406, 1429,
1453, 1478, 1502, 1526, 1550, 1575, 1599, 1624,
1648, 1673, 1698, 1723, 1747, 1772, 1797, 1822,
1847, 1872, 1897, 1922, 1948, 1973, 1998, 2023
};
void setup(void)
{
Serial.begin(9600);
Serial.println("Ola !");
//Inicializa o MCP4725 no endereco 0x62
dac.begin(0x62);
Serial.println("Gerando onda senoidal");
}
void loop()
{
uint16_t i;
for (i = 0; i < 512; i++)
{
dac.setVoltage(pgm_read_word(&(DACLookup_FullSine_9Bit[i])), false);
delay(7);
}
}Após carregar o programa, o led vai acender e apagar em intervalos regulares, variando a intensidade do brilho.
Utilizando o Processing como Osciloscópio
O exemplo do led serve bem para testar o módulo, mas o ideal seria verificar, em um osciloscópio, o formato de onda na saída do MCP4725. Eu encontrei um programa muito interessante para o Processing, que faz com que ele simule um osciloscópio, lendo os valores da porta analógica A0 e convertendo isso para o formato de gráfico. Nesse caso, vamos interligar dois Arduinos:
No Arduino 1 vamos carregar o mesmo programa que utilizamos no exemplo do led. Já no Arduino 2, carregue o programa abaixo:
// Oscilloscope
// Input defined by ANALOG_IN
// SIG_OUT true puts a 2kHz wave on DIGITAL_OUT for testing.
#define ANALOG_IN 0
#define DIGITAL_OUT 13
bool SIG_OUT = false;
void setup() {
Serial.begin(9600);
//Serial.begin(115200);
// Generate a signal to examine (testing)
if(SIG_OUT){
pinMode(DIGITAL_OUT, OUTPUT);
// initialize timer1
noInterrupts(); // disable all interrupts
TCCR1A = 0;
TCCR1B = 0;
TCNT1 = 0;
OCR1A = 31250; // compare match register 16MHz/256/2Hz
TCCR1B |= (1 << WGM12); // CTC mode
TCCR1B |= (1 << CS12); // 256 prescaler
TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // enable timer compare interrupt
interrupts(); // enable all interrupts
}
}
// Interrupt based
ISR(TIMER1_COMPA_vect){
digitalWrite(DIGITAL_OUT, digitalRead(DIGITAL_OUT) ^ 1); // Toggle
}
void loop() {
int val = analogRead(ANALOG_IN);
Serial.write( 0xff );
Serial.write( (val >> 8) & 0xff );
Serial.write( val & 0xff );
}Esse programa do Arduino é o responsável por ler os dados da porta A0, onde está ligado o Vout do MCP4725, e enviar esses dados para o Processing.
(Para informações sobre a instalação e utilização do Processing com Arduino, veja o post Processing: mostre as informações do Arduino no seu computador).
Carregue agora o seguinte programa no Processing. (Créditos para John Porter e Sofian Audry, que criaram e desenvolveram esse código). A única alteração que eu fiz foi acrescentar a linha azul que mostra o nível de tensão de 3.3V. Na linha 78 você configura a porta utilizada pelo seu Arduino:
/*
* Oscilloscope
* Gives a visual rendering of analog pin in realtime.
*
* ---------------- IMPROVEMENTS ------------------
* Updates by John Porter, 2/7/2014
* Added ability to move waveform left or right.
* Added gridlines (bounds and minor).
* Added ability to pause/resume.
* Added ability to measure time.
* General usability improvements.
*
* --------------- ORIGINAL PROJECT ---------------
* This project is part of Accrochages
* See http://accrochages.drone.ws
* (c) 2008 Sofian Audry (info@sofianaudry.com)
* ------------------------------------------------
*
* This program is free software: you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
* the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
* (at your option) any later version.
*
* This program is distributed in the hope that it will be useful,
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
* GNU General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU General Public License
* along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/
// * ------------------ HOT KEYS ------------------
final char T_UP = 'w'; // Translate waveform up
final char T_DOWN = 's'; // down
final char T_LEFT = 'a'; // left
final char T_RIGHT = 'd'; // right
final char Z_IN = 'c'; // Horizontal zoom in
final char Z_OUT = 'z'; // out
final char S_IN = 'e'; // Vertical scale in
final char S_OUT = 'q'; // out
final char MGL_UP = 'r'; // Minor grid lines increase
final char MGL_DOWN = 'f'; // decrease
final char TOG_PAUSE = 'p'; // Toggle pause (unpause resets waveform)
final char RESET_AXIS = ' '; // Reset axis settings
final char MEAS_TIME = 'x'; // Adds and/or highlights vertical bars (time measurement)
final char BAR_LEFT = ','; // Move highlighted vertical bar left (can also mouse click)
final char BAR_RIGHT = '.'; // right
// * ----------------------------------------------
// * --------------- STARTING STATE ---------------
float zoom = 1.0;
float scale = 0.5;
int centerV = 0;
int centerH = 0;
int gridLines = 0;
int com_port = 1; // Index number in Serial.list
// * ----------------------------------------------
// Global vars
import processing.serial.*;
Serial port; // Create object from Serial class
int val; // Data received from the serial port
long valTime; // Time data was received
int[] values;
long[] times;
float voltage;
float measTime = 0;
int timeMode = 0;
int[] timeBars = {0, 0};
PFont f;
boolean pause;
// Setup
void setup() {
size(580, 400);
printArray(Serial.list());
port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); // Com port specified here
values = new int[width];
times = new long[width];
timeBars[0] = width/3;
timeBars[1] = 2*width/3;
pause = false;
smooth();
f = createFont("Arial", 16, true);
}
// Read value from serial stream
int getValue() {
int value = -1;
while (port.available () >= 3) {
if (port.read() == 0xff) {
value = (port.read() << 8) | (port.read());
}
}
return value;
}
// Get a y-value for the datapoint, varies based on axis settings
int getY(int val) {
return (int)(height/2 -(val-512+centerV)*scale / 1023.0f * (height - 1));
}
// Push the values in the data array
void pushValue(int value) {
for (int i=0; i<width-1; i++)
values[i] = values[i+1];
values[width-1] = value;
}
// Push the timestamps in the time array
void pushTime(long time) {
for (int i=0; i<width-1; i++)
times[i] = times[i+1];
times[width-1] = time;
}
// Draw waveform
void drawLines() {
int x0 = 0, x1 = 0, y0 = 0, y1 = 0;
stroke(255,255,0);
for (int i=0; i<width; i++) {
x1 = round(width - ((width-i) * zoom) + centerH);
y1 = getY(values[i]);
if(i > 1)
line(x0, y0, x1, y1);
x0 = x1;
y0 = y1;
}
}
// Draw gridlines (bounds, minor)
void drawGrid() {
// Get scaled values for bounds
int pFive = getY(1023);
int pTres = getY(680);
int zero = getY(0);
// Draw voltage bounds
stroke(255, 0, 0);
line(0, pFive-1, width, pFive-1);
line(0, zero+1, width, zero+1);
stroke(0, 38, 255);
line(0, pTres-1, width, pTres-1);
// Add voltage bound text
textFont(f, 10);
fill(255, 0, 0);
text("+5V", 5, pFive+12);
text(" 0V", 5, zero-4);
fill(0, 38, 255);
text("+3.3V", 5, pTres+12);
// Draw minor grid lines
int gridVal = 0;
stroke(75, 75, 75);
for (int i = 0; i < gridLines; i++) {
gridVal = getY(round((i+1.0)*(1023.0 / (gridLines+1.0))));
line(0, gridVal, width, gridVal);
}
// Add minor grid line text
if (gridLines > 0) {
textFont(f, 16);
fill(204, 102, 0);
float scaleVal = truncate(5.0f / (gridLines+1), 3);
text("Grid: " + scaleVal + "V", 1170, height-12);
}
// Print difference between vertical 'time' bars
if (timeMode > 0) {
textFont(f, 16);
fill(204, 102, 0);
int idx0 = round(width + (timeBars[0] - width - centerH)/zoom);
int idx1 = round(width + (timeBars[1] - width - centerH)/zoom);
// Ensure time bars are over a recorded portion of the waveform
if(idx1 < 0 || idx0 < 0 || idx1 > (width-1) || idx0 > (width-1) || times[idx1] == 0 || times[idx0] == 0)
text("Time: N/A", 30, height-12);
else{
float timeDiff = truncate((times[idx1] - times[idx0])/2000000.0,2);
text("Time: " + timeDiff + "ms", 30, height-12);
}
}
}
// Draw vertical 'time bars' (seperate from above for better layering)
void drawVertLines(){
stroke(75, 75, 75);
if (timeMode == 1) {
line(timeBars[1], 0, timeBars[1], height);
stroke(100, 100, 255);
line(timeBars[0], 0, timeBars[0], height);
}
else if (timeMode == 2) {
line(timeBars[0], 0, timeBars[0], height);
stroke(100, 255, 100);
line(timeBars[1], 0, timeBars[1], height);
}
}
// Truncate a floating point number
float truncate(float x, int digits) {
float temp = pow(10.0, digits);
return round( x * temp ) / temp;
}
// When a key is pressed down or held...
void keyPressed() {
switch (key) {
case T_UP: centerV += 10/scale; break; // Move waveform up
case T_DOWN: centerV -= 10/scale; break; // Move waveform down
case T_RIGHT: centerH += 10/scale; break; // Move waveform right
case T_LEFT: centerH -= 10/scale; break; // Move waveform left
case MGL_UP: // Increase minor grid lines
if (gridLines < 49)
gridLines += 1;
break;
case MGL_DOWN: // Decrease minor grid lines
if (gridLines > 0)
gridLines -= 1;
break;
case BAR_LEFT: // Move the time bar left (also mouse click)
if (timeMode == 1 && timeBars[0] > 0)
timeBars[0] -= 1;
else if (timeMode == 2 && timeBars[1] > 0)
timeBars[1] -= 1;
break;
case BAR_RIGHT: // Move the time bar right (also mouse click)
if (timeMode == 1 && timeBars[0] < width-1)
timeBars[0] += 1;
else if (timeMode == 2 && timeBars[1] < width-1)
timeBars[1] += 1;
break;
}
}
// When a key is released...
void keyReleased() {
println(key+": "+(int)key);
switch (key) {
case Z_IN: // Zoom horizontal
zoom *= 2.0f;
if ( (int) (width / zoom) <= 1 )
zoom /= 2.0f;
break;
case Z_OUT: // Zoom horizontal
zoom /= 2.0f;
if (zoom < 1.0f)
zoom *= 2.0f;
break;
case S_IN: scale*=2; break; // Scale vertical
case S_OUT: scale /= 2; break; // Scale vertical
case RESET_AXIS: // Reset all scaling
centerV = 0; centerH = 0;
scale = 0.5; zoom = 1; gridLines = 0;
break;
case MEAS_TIME: timeMode = (timeMode + 1) % 3; break; // Change the vertical bars (off, left bar, right bar)
case TOG_PAUSE: // Toggle waveform pausing
if (pause) {
centerH = 0;
for (int i=0; i<width; i++){
values[i] = 0; // Clear data on resume
times[i] = 0;
}
}
pause = !pause;
}
}
// Use mouse clicks to quickly move vertical bars (if highlighted)
void mousePressed() {
if(timeMode == 1)
timeBars[0] = mouseX;
else if(timeMode == 2)
timeBars[1] = mouseX;
}
// Primary drawing function
void draw()
{
background(0);
drawGrid();
// Get current voltage, time of reading
val = getValue();
valTime = System.nanoTime();
// If not paused
if (!pause && val != -1) {
// Push value/time onto array
pushValue(val);
pushTime(valTime);
// Print current voltage reading
textFont(f, 16);
fill(204, 102, 0);
voltage = truncate(5.0*val / 1023, 1);
text("Voltage: " + voltage + "V", 470, 30);
}
drawLines();
drawVertLines();
}Execute o programa e você terá como resultado a tela abaixo, com a onda senoidal gerada na saída do Conversor Digital Analógico MCP4725:
Carregando o programa de exemplo trianglewave da biblioteca da Adafruit, e alimentando o módulo MCP4725 com 3.3V, temos o seguinte resultado:
Explore outras funções para esse programa, como por exemplo análise de ondas quadradas, sinal de temporizadores, verificar nível de sinal de módulos, etc.
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