ชื่อโปรเจกต์: สร้าง 4-Bit Digital to Analog Convertor โดยใช้ Arduino UNO

ฟิสิกส์ของกำแพงดิจิทัล: 4-Bit DAC

Arduino Uno ไม่มีเอาต์พุตแบบ analog ที่แท้จริง analogWrite() ไม่ได้เปลี่ยนแรงดันขา pin เป็น 3V อย่างน่าอัศจรรย์แต่อย่างใด; มันเพียงแค่เปิดและปิด 5V อย่างรวดเร็ว (PWM) ซึ่งไร้ประโยชน์สำหรับวงจรประมวลผลเสียงหรือวิทยุที่ละเอียดอ่อน! โปรเจกต์ 4-Bit Digital to Analog Converter (DAC) บังคับให้คุณต้องสร้างวงจร "Analog" ทั้งหมดจากภายนอก! คุณจะต้องใช้ C++ binary arrays ดิบๆ เพื่อขับแรงดันไฟฟ้าปริมาณมากผ่านกำแพงของ physical resistors ที่บัดกรีขึ้นมาเอง

การสร้าง R-2R Ladder Topology

DAC ทำงานโดยการแบ่งแยกกระแสไฟฟ้าทางกายภาพ

1. ระบบ 4-bit หมายความว่าเราต้องใช้ Digital Arduino Pins 4 ขาพอดี (D8, D9, D10, D11)
2. เราจัดเรียง Resistors จำนวนมากบน breadboard ให้เป็นชุดแบบคำนวณได้
3. คุณต้องใช้ Resistors สองค่าพอดี (R และ 2R): เช่น 1K Ohm และ 2K Ohm
4. Resistors ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบ "Ladder" กฎทางฟิสิกส์ที่สำคัญในที่นี้คือการแบ่งแรงดัน (voltage splitting) pin ที่มีนัยสำคัญที่สุด (D11) ให้แรงดัน 2.5V ไปยังเอาต์พุตสุดท้าย D10 ให้ 1.25V และ D9 ให้ 0.625V

การสังเคราะห์ Raw Output Matrix

โปรแกรมเมอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้ถึง 16 ระดับที่แตกต่างกัน (ตั้งแต่ 0b0000 ถึง 0b1111)!

• หาก Arduino เขียน: 0000 = เอาต์พุตเป็น 0.0V ที่ราบเรียบสมบูรณ์
• หาก Arduino เขียน: 1000 (เฉพาะ D11 เป็น HIGH) = เอาต์พุตคือ 2.5V พอดี
• หาก Arduino เขียน: 1111 (ทั้ง 4 Pins เป็น HIGH!) = เอาต์พุตสูงสุดที่ 5.0V
• ข้อผิดพลาดในการประมวลผล: คุณไม่สามารถใช้คำสั่ง digitalWrite() สี่คำสั่งที่ทำงานช้าๆ ได้ มันจะสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอและอันตรายในขณะที่ processor ทำงานทีละ pin
• คุณต้องใช้ raw bitmasking กับ ATmega core registers! PORTB = (PORTB & 0xF0) | 0x05; (สั่งให้ pins แสดงค่า decimal 5 ทันทีทั่วทั้งโครงข่าย resistor ใน clock cycle เดียว!)

ข้อกำหนดทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับ Synthesizer

• Arduino Uno/Nano (สำหรับการ hack PORTB hardware register โดยตรง!)
• Resistors ความแม่นยำสูงอย่างน้อยแปดตัว! (เช่น Resistors 10k สี่ตัว และ Resistors 20k สี่ตัว กฎทางฟิสิกส์จะล้มเหลวโดยสิ้นเชิงหากค่าความคลาดเคลื่อน (tolerances) หละหลวม +/- 10%!)
• Digital Multimeter (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวัดสายเอาต์พุตสุดท้ายโดยตรง เพื่อพิสูจน์ว่าคุณได้สร้างสัญญาณ 2.5V ที่สมบูรณ์แบบโดยไม่ใช้ PWM!)