8、执行器与Arduino微控制器的全面解析

执行器与Arduino微控制器的全面解析

1 模拟电压生成方法

1.1 脉冲宽度调制低通滤波法

生成恒定电压的一种简单方法是对脉冲宽度调制（PWM）输出电压进行低通滤波。该滤波器可减少通断变化，从而得到一个平均电压，其值等于峰值电压乘以PWM的占空比。改变占空比就能产生随时间变化的输出电压。不过，这种方法存在局限性，主要是输出电压的质量问题，可能会残留一些原始调制产生的纹波。

1.2 数模转换器（DAC）法

更可靠的方法是使用数模转换器（DAC）。它能将特定长度（如8位或12位）的数字字转换为具有256或4096个中间电平的离散电压。以使用R - 2R电阻网络和运算放大器的4位DAC为例，其工作原理如下：
- 标记为bit3到bit0的开关代表数字输入字。
- 运算放大器的反相输入端对通过切换相应开关而增加的电流进行求和。
- 反相输入端是虚拟接地，因为运算放大器使其电位与同相输入端相同。这意味着流经所有电阻的电流是恒定的，且与开关位置无关。当开关处于位置0时，电流流向真正的接地；当处于位置1时，电流流入虚拟接地。
- 电压V3到V0是恒定的，且满足Vk - 1 = Vk/2。例如，最右边两个值为2R的电阻并联后等效为一个值为R的电阻，这使得节点V0夹在两个值为R的电阻之间，其中一个连接到电压为V1的点，所以V0 = V1/2。
- 当第k位被设置时，流入运算放大器反相输入端的电流为Vk/2R，其中Vk = Vref/23 - k。所有四个分支的电流相加，运算放大器将电流转换为输出电压Vout。

大多数DAC使用R - 2R梯形电阻网络和电流相加运算放大器，并增加一个由并行总线、I2