Prenosni generator funkcij na Arduinu: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Generator funkcij je zelo uporabno orodje, še posebej, ko razmišljamo o preskusu odziva našega vezja na določen signal. V tem navodilu bom opisal zaporedje gradnje majhnega, enostavnega za uporabo prenosnega generatorja funkcij.

Značilnosti projekta:

• Popolnoma digitalno krmiljenje: ni potrebe po pasivnih analognih komponentah.
• Modularna zasnova: Vsak podkrog je vnaprej določen modul, enostaven za uporabo.
• Izhodna frekvenca: Razpoložljivo območje od 0Hz do 10MHz.
• Enostavno upravljanje: Enojni vrtljivi dajalnik z vgrajenim gumbom.
• Li-ion baterija za prenosno uporabo z možnostjo zunanjega polnjenja.
• AC in DC sklopka za izhodno valovno obliko.
• LCD nadzor svetlosti za zmanjšanje porabe energije.
• Indikator napolnjenosti baterije.
• Digitalni nadzor amplitude.
• Tri razpoložljive valovne oblike: sinus, trikotnik in kvadrat.

1. korak: Ideja

Obstaja veliko vezij, ki zahtevajo nekaj preskusne opreme, da bi dobili informacije o odzivu vezja na določeno valovno obliko. Ta projekt temelji na Arduinu (v tem primeru Arduino Nano) s 3,7 V litij-ionsko baterijo kot virom energije, zaradi česar je naprava prenosna. Znano je, da plošča Arduino Nano potrebuje 5 V kot napajalnik, zato elektronska zasnova vsebuje pretvornik DC-DC, ki pretvori napetost 3,7 V baterije v 5 V, potrebno za napajanje Arduina. Tako je ta projekt enostavno sestaviti, popolnoma modularno, z relativno enostavnim shematskim diagramom.

Napajanje plošče: Naprava ima en sam priključek mini-USB, ki prejema 5V iz zunanjega napajalnika, ki je lahko računalnik ali zunanji polnilnik USB. vezje zasnovano tako, da se pri priključenem 5V DC viru Li-ionska baterija polni s polnilnim modulom TP4056, ki je priključen na električno vezje (tema se bo v naslednjih korakih še razširila).

AD9833: vezje integriranega funkcijskega generatorja je osrednji del zasnove, upravljano prek vmesnika SPI z možnostjo ustvarjanja kvadratnega/sinusnega/trikotnega vala z možnostjo frekvenčne modulacije. Ker AD9833 nima možnosti spreminjanja amplitude izhodnega signala, sem uporabil digitalni 8-bitni potenciometer kot delilnik napetosti na izhodni končni točki naprave (opisano v nadaljnjih korakih).

Zaslon: je osnovni 16x2 LCD, ki je verjetno najbolj priljubljen zaslon s tekočimi kristali med uporabniki Arduina. Za zmanjšanje porabe energije obstaja možnost prilagajanja osvetlitve LCD prek signala PWM iz vnaprej določenega "analognega" zatiča Arduino.

Po tem kratkem uvodu lahko nadaljujemo s postopkom gradnje.

2. korak: Deli in instrumenti

1: Elektronski deli:

1.1: Integrirani moduli:

• Arduino Nano plošča
• 1602A - Generični zaslon s tekočimi kristali
• CJMCU - AD9833 Funkcijski generator modul
• TP4056 - Polnilni modul za litij -ionske baterije
• Pokrivni modul DC-DC Step-Up: pretvornik 1,5V-3V v 5V

1.2: Integrirana vezja:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT rele
• X9C104P - 8 -bitni 100KOhm digitalni potenciometer
• EC11 - Rotacijski dajalnik s stikalom SPST
• 2 x 2N2222A - NPN za splošno uporabo BJT

1.3: Pasivni in nerazvrščeni deli:

• 2 x 0,1uF -keramični kondenzatorji
• 2 x 100uF - Elektrolitski kondenzatorji
• 2 x 10uF - Elektrolitski kondenzatorji
• 3 x 10KOhm upori
• 2 x 1,3KOhm upori
• 1 x 1N4007 usmerniška dioda
• 1 x Preklopno stikalo SPDT

1.4: Konektorji:

• 3 x 4-polni konektorji JST 2,54 mm
• 3 x 2-polni priključki JST 2,54 mm
• 1 x priključek za vtičnico RCA

2: Mehanski deli:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm Plastično ohišje
• 6 x vlečnih vijakov KA-2 mm
• 4 x vijaki za vrtanje KA-8 mm
• 1 x gumb dajalnika (pokrovček)
• 1 x 8 cm x 5 cm Prototipna plošča

3. Instrumenti in programska oprema:

• Spajkalna postaja/železo
• Električni izvijač
• Brusilne datoteke različnih velikosti
• Oster nož
• Vrtalniki
• Bitovi za izvijač
• Pištola za vroče lepilo
• Mini-USB kabel
• Arduino IDE
• Čeljust/ravnilo

3. korak: Pojasnilo shem

Da bi olajšali razumevanje shematskega diagrama, je opis razdeljen na podkroge, medtem ko je za vsako oblikovalsko enoto odgovorno vsako podkrogo:

1. Nano vezje Arduino:

Modul Arduino Nano deluje kot "glavni možgani" za našo napravo. Upravlja vse zunanje module na napravi, tako v digitalnem kot v analognem načinu delovanja. Ker ima ta modul svoj mini-USB vhodni priključek, se bo uporabljal tako kot vhod za napajanje kot vhod za programski vmesnik. Zaradi tega je J1 - priključek mini -USB ločen od shematskega simbola Arduino Nano (U4).

Obstaja možnost uporabe namenskih analognih zatičev (A0.. A5) za splošne namene V/I, zato se nekateri zatiči uporabljajo kot digitalni izhod, ki komunicirajo z LCD in AC/DC sklopko za izbiro izhoda naprave. Analogni zatiči A6 in A7 so namenski analogni vhodni zatiči in se lahko uporabljajo le kot vhodi ADC zaradi paketa mikrokontrolerja ATMEGA328P TQFP Arduino Nano, kot je bilo opredeljeno v podatkovnem listu. Upoštevajte, da je napetostni vod akumulatorja VBAT priključen na analogni vhodni zatič A7, ker moramo ugotoviti njegovo vrednost, da ugotovimo nizko stanje baterije napetosti Li-ionske baterije.

2. Napajanje:

Napajalni tokokrog temelji na napajanju celotne naprave prek Li-ion baterije 3,7 V, pretvorjene v 5 V. SW1 je preklopno stikalo SPST, ki nadzoruje pretok moči v celotnem vezju. Kot je razvidno iz shem, ko je zunanje napajanje priključeno prek priključka micro-USB modula Arduino Nano, se baterija polni prek modula TP4056. Prepričajte se, da so v tokokrogu prisotni obvodni kondenzatorji z več vrednostmi, saj obstaja pretvorniški ojačevalni pretvornik DC-DC na tleh in 5V potenciali celotnega vezja.

3. AD9833 in izhod:

To vezje zagotavlja ustrezno izhodno valovno obliko, ki jo določa modul AD9833 (U1). Ker je na napravi samo en napajalnik (5V), je treba na izhodno kaskado priključiti vezje za izbiro sklopke. Kondenzator C1 je serijsko priključen na stopnjo izbire amplitude in se lahko utiša preko pogonskega toka na relejnem induktorju, s čimer se izhodni signal izsledi naravnost na izhodno stopnjo. C1 ima vrednost 10uF, zadostuje, da valovna oblika tudi nizkih frekvenc prehaja skozi kondenzator, ne da bi bila popačena, na kar vpliva le odstranjevanje enosmernega toka. Q1 se uporablja kot preprosto stikalo BJT, ki se uporablja za pogon toka skozi relejni induktor. Prepričajte se, da je dioda v obratni smeri priključena na relejni induktor, da se izognete napetostnim sunkom, ki lahko poškodujejo vezja naprave.

Nenazadnje je izbira amplitude. U6 je 8-bitni digitalni potenciometer IC, ki deluje kot delilec napetosti za dano izhodno valovno obliko. X9C104P je 100KOhm digitalni potenciometer z zelo preprosto nastavitvijo položaja brisalca: 3-polni digitalni vhodi za prilagajanje položaja brisalca za povečanje/zmanjšanje.

4. LCD:

16x2 zaslon s tekočimi kristali je grafični vmesnik med uporabnikom in vezjem naprave. Da bi zmanjšali porabo energije, je katodni zatič LCD z osvetlitvijo ozadja priključen na Q2 BJT, priključen kot stikalo, krmiljeno s signalom PWM, ki ga poganja Arduino analogWrite sposobnost (opisano v koraku Arduino koda).

5. kodirnik:

Vezje dajalnika je krmilni vmesnik, ki opredeljuje delovanje celotne naprave. U9 je sestavljen iz dajalnika in stikala SPST, zato projektu ni treba dodajati dodatnih gumbov. Zatiče dajalnika in stikala je treba izvleči z zunanjimi upori 10KOhm, vendar jih je mogoče določiti tudi s kodo. Priporočljivo je, da kondenzatorjem 0,1uF dodate vzporedno z zatičema A in B dajalnika, da se izognete poskakovanju na teh vhodnih vodih.

6. Priključki JST:

Vsi zunanji deli naprave so povezani prek priključkov JST, zaradi česar je sestava naprave veliko bolj priročna, z dodatno funkcijo zmanjšanja mesta napak med gradnjo. Kartiranje priključkov poteka na naslednji način:

• J3, J4: LCD
• J5: kodirnik
• J6: Baterija
• J7: Preklopno stikalo SPST
• J8: Izhodni priključek RCA

4. korak: Spajkanje

Zaradi modularne zasnove tega projekta postane korak spajkanja preprost:

A. Spajkanje glavne plošče:

1. Najprej je treba obrezati prototipno ploščo do velikosti želenih dimenzij ohišja.

2. Spajkanje modula Arduino Nano in testiranje njegovega začetnega delovanja.

3. Spajkanje napajalnega tokokroga in preverjanje vseh vrednosti napetosti ustreza zahtevam naprave.

4. Spajkanje modula AD9833 z vsemi obodnimi vezji.

5. Spajkanje vseh priključkov JST.

B. Zunanje komponente:

1. Spajanje žic moškega priključka JST na zatiče LCD v natančnem vrstnem redu, kot je bilo načrtovano na glavni plošči.

2. Spajkanje žic moškega konektorja JST na dajalnik podobno kot v prejšnjem koraku

3. Stikalo za spajkanje na žice JST.

4. Spajkanje žic JST na baterijo (če je sploh potrebno. Nekatere Li-ionske baterije, ki so na voljo na eBayu, so predhodno spajkane z lastnim priključkom JST).

5. korak: Ohišje in montaža

Ko je spajkanje končano, lahko nadaljujemo z zaporedjem montaže naprave:

1. Razmislite o namestitvi zunanjih delov naprave: V mojem primeru sem dajalnik raje postavil pod LCD, ko sta stikalo in priključek RCA nameščena na ločenih straneh ohišja.

2. Priprava okvirja LCD: Odločite se, kje bo LCD na napravi, se prepričajte, da bo nameščen v pravo smer, večkrat se mi je zgodilo, da je bil LCD, potem ko sem končal ves postopek rezanja, obrnjen navpično, kar je žalostno, ker je potrebno okvir LCD spremeniti.

Ko je okvir izbran, izvrtajte več lukenj na obodu celotnega okvirja. Odstranite vse neželene plastične reze z brusilno datoteko.

Vstavite LCD zaslon od znotraj in poiščite vijačne točke na ohišju. Izvrtajte luknje s svedri ustreznega premera. Vstavite vlečene vijake in privijte matice na notranji strani sprednje plošče.

3. Dajalnik: ima samo en vrtljiv del na embalaži. Območje izvrtajte glede na premer vrtljivega nastavka dajalnika. Vstavite ga od znotraj, pritrdite s pištolo za vroče lepilo. Na vrtljivi nastavek namestite pokrovček.

4. Preklopno stikalo: odločite se za dimenzije nihajnega stikala, tako da ga lahko prosto povlečete navzdol ali navzgor. Če imate na stikalnem stikalu vijačne točke, izvrtajte ustrezna območja na ohišju, sicer ga lahko pritrdite s pištolo za vroče lepilo.

5. Izhodni priključek RCA: Izvrtajte luknjo ustreznega premera za izhodni priključek RCA na stranski in spodnji strani ohišja. Pritrdite ga s pištolo za vroče lepilo.

6. Glavna plošča in baterija: Li-ionsko baterijo postavite na spodnjo stran ohišja. Baterijo lahko pritrdite s pištolo za vroče lepilo. Glavno ploščo je treba izvrtati na štirih mestih za 4 vijake na vsakem vogalu glavne plošče. Prepričajte se, da je vhod mini-USB Arduino čim bližje meji ohišja (morali ga bomo uporabiti za polnjenje in programiranje).

7. Mini-USB: odrežite želeno območje za mikro-USB Arduino Nano z datoteko za brušenje in tako omogočite priključitev zunanjega napajalnika/računalnika na napravo, ko je popolnoma sestavljena.

8. Končno: Priključite vse priključke JST, oba dela ohišja pritrdite s štirimi 8 mm vijaki na vsakem vogalu ohišja.

Korak 6: Koda Arduino

Priložena koda je celotna koda naprave, ki je potrebna za popolno delovanje naprave. Vsa potrebna pojasnila so priložena v oddelkih za komentarje v kodi.

7. korak: Končno testiranje

Napravo imamo pripravljeno za uporabo. priključek mini-USB deluje tako kot vhod za programerje kot zunanji vhod za polnilnik, zato je napravo mogoče programirati, ko je popolnoma sestavljena.

Upam, da vam bo ta pouk koristen, Hvala za branje!;)