Оглавление:
Обычно стоит задача напряжение преобразовать в ШИМ импульсы, но бывает нужно наоборот — ШИМ в напряжение. Далее обзор такого модуля. Из Китая модуль пришел без каких-либо документов. На странице продавца написано, что модуль может преобразовывать цифровые сигналы ШИМ в аналоговые сигналы от 0 до 10 В. Выходное напряжение можно регулировать, изменяя коэффициент заполнения ШИМ-сигнала.
Технические параметры модуля
- Рабочее напряжение: от 12 В до 30 В (> 100 мА)
- Частота сигнала ШИМ: от 1 кГц до 3 кГц
- Входное напряжение ШИМ-сигнала: 5 В (для микроконтроллера) или 24 В (для ПЛК)
- Диапазон преобразования: от 0–100% ШИМ до 0–10 В.
- Допустимая ошибка: 5%
Аппаратный интерфейс и подключение
- VCC: вход от 12 В до 30 В DC
- Земля: Земля/0 В
- ШИМ: входной сигнал ШИМ (0–100%)
- GND: Земля ШИМ
- VOUT: выходное напряжение (0–10 В)
- GND: VOUT Земля
Модуль также имеет пару 2-х контактных перемычек для выбора режима 5 В или 12–24 В. По умолчанию перемычка настроена на режим 5 В.
Конструкция модуля основана на трех общедоступных интегральных микросхемах:
- 78M12 Трехконтактный стабилизатор положительного питания
- LM358 Двойной операционный усилитель с однополярным питанием
- PC817 Четырехконтактная оптопара общего назначения
- Еще есть транзистор J3Y в корпусе SOT-23.
Очень простой метод используется в этом модуле для обработки входного сигнала ШИМ. На некоторых модулях значение R1 составляет 1,5 кОм, а на других модулях — 2,7 кОм.
Преобразование ШИМ в аналоговый сигнал
Большинство современных микроконтроллеров имеют встроенные периферийные устройства для генерации широтно-импульсной модуляции, и для формирования ШИМ сигнала требуется всего несколько строк кода. Это означает, что можно легко запрограммировать микроконтроллер на периодическую генерацию импульса, ширина которого может изменяться под управлением программного обеспечения.
Преобразование цифрового (обычно двоичного) сигнала в аналоговый (напряжение или ток) можно легко реализовать с помощью широтно-импульсной модуляции. И довольно легко получить приблизительное напряжение между 0 и VCC, просто добавив резистор и конденсатор, которые будут действовать как фильтр нижних частот.
Это хорошо, но как эти два пассивных компонента преобразуют ШИМ в напряжение? Проведем эксперимент чтобы посмотреть, возможно ли получить выходное напряжение 0–10 В от входа ШИМ 0–100% через этот модуль.
Вот копия инструкции по эксплуатации, предоставленной продавцом:
- После включения питания, без входного сигнала, выход составляет 0 В.
- При первом включении питания лучше всего выполнить отладку калибровки: включите сигнал ШИМ с частотой 1–3 кГц и коэффициентом заполнения 50 % и установите перемычку на вход 5 В.
- Измерьте VOUT и GND мультиметром — он покажет 5 В. Отрегулируйте подстроечный резистор 100 кОм, чтобы на мультиметре выходной сигнал отображал 5 В.
Выходное напряжение можно изменять, меняя рабочий цикл ШИМ-сигнала.
Обратите внимание, что микросхема 78M12 представляет собой линейный стабилизатор без LDO, а это означает, что ей требуется более высокое входное напряжение. Поскольку типичное падение напряжения 78M12 составляет 2 В, необходимо подать на его вход минимум 14 В, чтобы гарантировать стабилизированное выходное напряжение 12 В.
Теперь подадим ШИМ-сигнал частотой 1 кГц (50%) и напряжением 5 В на входные точки PWM-GND. Кроме того, для измерения выходного напряжения на клеммах VOUT-GND модуля использовался дешевый двухпроводной светодиодный DVM (вход 3,6–28 В постоянного тока).
Конечно выходы ШИМ могут быть преобразованы в аналоговые уровни напряжения с помощью простых аналоговых фильтров нижних частот. Пассивный аналоговый фильтр предлагает преимущества простоты и низкой стоимости, поскольку цена равна цене резистора и конденсатора. Но поскольку выходы ШИМ не изолированы, их использование для непосредственного управления другими «высоковольтными» цепями может быть потенциально опасным. К счастью, этот модуль имеет гальванически развязанный вход ШИМ.
В общем модуль преобразователя ШИМ в напряжение отлично справился с задачей и были получены приемлемые выходные данные, как и ожидалось от данной платы. Но если особая точность и развязка не требуется — ставьте простой RC-фильтр и будет вам счастье.
