Prenosný generátor funkcií na Arduine: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Funkčný generátor je veľmi užitočný nástroj, najmä keď zvažujeme testovanie reakcie nášho obvodu na určitý signál. V tomto návode popíšem postupnosť budovania malého, ľahko použiteľného, prenosného generátora funkcií.

Vlastnosti projektu:

• Plne digitálne ovládanie: Nie sú potrebné pasívne analógové komponenty.
• Modulárna konštrukcia: Každý pod obvod je preddefinovaný ľahko použiteľný modul.
• Výstupná frekvencia: Dostupný rozsah od 0 Hz do 10 MHz.
• Jednoduché ovládanie: jeden rotačný snímač so vstavaným tlačidlom.
• Li-ion batéria pre prenosné použitie, s možnosťou externého nabíjania.
• AC a DC väzba pre výstupný priebeh.
• Ovládanie jasu LCD na zníženie spotreby energie.
• Indikátor nabitia batérie.
• Digitálne ovládanie amplitúdy.
• Tri dostupné krivky: sínusový, trojuholníkový a štvorcový.

Krok 1: Myšlienka

Existuje mnoho obvodov, ktoré vyžadujú určité testovacie zariadenie, aby získali informácie o reakcii obvodu na určitý priebeh. Tento projekt vychádza z Arduina (v tomto prípade Arduino Nano) s lítium-iónovou batériou 3,7 V ako zdroja energie, vďaka čomu je zariadenie prenosné. Je známe, že doska Arduino Nano vyžaduje ako zdroj napájania 5 V, takže elektronická konštrukcia obsahuje zosilňovač DC-DC, ktorý prevádza napätie 3,7 V na 5 V potrebné na napájanie Arduina. Tento projekt je teda ľahko zostaviteľný, úplne modulárny, s relatívne jednoduchým schematickým diagramom.

Napájanie dosky: Zariadenie má jeden konektor mini-USB, ktorý prijíma 5 V z externého zdroja napájania, ktorým môže byť počítač alebo externá nabíjačka USB. obvod navrhnutý tak, že keď je pripojený zdroj 5 V DC, Li-ion batéria sa nabíja nabíjacím modulom TP4056, ktorý je pripojený k obvodom napájania (téma sa v nasledujúcich krokoch ďalej rozšíri).

AD9833: obvod generátora integrovanej funkcie je ústrednou súčasťou návrhu, ovládaného prostredníctvom rozhrania SPI so schopnosťou generovať štvorcovú/sínusovú/trojuholníkovú vlnu s možnosťou frekvenčnej modulácie. Pretože AD9833 nemá schopnosť meniť amplitúdu výstupného signálu, použil som digitálny 8-bitový potenciometer ako delič napätia vo výstupnom koncovom bode zariadenia (bude popísané v ďalších krokoch).

Displej: je základný 16x2 LCD displej, ktorý je pravdepodobne najobľúbenejším displejom z tekutých kryštálov medzi používateľmi Arduina. Aby sa znížila spotreba energie, existuje možnosť nastaviť podsvietenie LCD pomocou signálu PWM z vopred definovaného „analógového“kolíka Arduino.

Po tomto krátkom úvode môžeme pristúpiť k procesu stavby.

Krok 2: Diely a nástroje

1: Elektronické súčiastky:

1.1: Integrované moduly:

• Doska Arduino Nano
• 1602A - generický displej z tekutých kryštálov
• CJMCU - AD9833 Modul generátora funkcií
• TP4056 - Modul nabíjačky lítium -iónových batérií
• Modul prekrývania DC-DC Step-Up: prevodník 1,5 V-3 V na 5 V.

1.2: Integrované obvody:

• Relé SRD = 05VDC - 5V SPDT
• X9C104P - 8 -bitový digitálny potenciometer 100 KOhm
• EC11 - Rotačný snímač s prepínačom SPST
• 2 x 2N2222A - NPN na všeobecné použitie BJT

1.3: Pasívne a neklasifikované časti:

• 2 x 0,1uF -keramické kondenzátory
• 2 x 100uF - elektrolytické kondenzátory
• 2 x 10uF - elektrolytické kondenzátory
• Rezistory 3 x 10 KOhm
• Rezistory 2 x 1,3 KOhm
• 1 x 1N4007 dióda usmerňovača
• 1 x SPDT Prepínač

1.4: Konektory:

• 3 x 4-kolíkové konektory JST 2,54 mm
• 3 x 2-kolíkové konektory JST 2,54 mm
• 1 x konektor RCA na zásuvke

2: Mechanické časti:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm plastové puzdro
• 6 x sťahovacie skrutky KA-2 mm
• 4 x vŕtacie skrutky KA-8 mm
• 1 x gombík kodéra (uzáver)
• Prototypová doska 1 x 8 cm x 5 cm

3. Nástroje a softvér:

• Spájkovačka/žehlička
• Elektrický skrutkovač
• Brúsne pilníky mnohých veľkostí
• Ostrý nôž
• Vrtáky
• Bity skrutkovača
• Horúca lepiaca pištoľ
• Mini-USB kábel
• Arduino IDE
• Strmeň/pravítko

Krok 3: Vysvetlenie schémy

Aby sa zjednodušilo pochopenie schematického diagramu, popis je rozdelený na subokruhy, pričom každý sub obvod má zodpovednosť za každý blok návrhu:

1. Okruh Arduino Nano:

Modul Arduino Nano funguje pre naše zariadenie ako „hlavný mozog“. Ovláda všetky periférne moduly na zariadení, v digitálnych aj analógových prevádzkových režimoch. Pretože tento modul má vlastný vstupný konektor mini-USB, bude sa používať ako vstup napájania aj vstup programovacieho rozhrania. Z tohto dôvodu je J1 - konektor mini -USB oddelený od schematického symbolu Arduino Nano (U4).

Existuje možnosť použitia vyhradených analógových pinov (A0.. A5) ako univerzálnych vstupov/výstupov, takže niektoré z pinov sa používajú ako digitálny výstup, komunikujúce s LCD a spojkou AC/DC vyberte výstup zariadenia. Analógové piny A6 a A7 sú vyhradené analógové vstupné piny a je ich možné použiť iba ako vstupy ADC, a to vďaka mikrokontroléru Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, ako bolo definované v technickom liste. Všimnite si, že napätie VBAT batérie je pripojené k analógovému vstupnému kolíku A7, pretože potrebujeme zistiť jeho hodnotu, aby sme mohli určiť nízky stav nabitia batérie Li-ion.

2. Napájanie:

Napájací obvod je založený na napájaní celého zariadenia pomocou Li-ion batérie 3,7 V prevedenej na 5 V. SW1 je prepínač SPST, ktorý riadi tok energie v celom obvode. Ako je zrejmé zo schém, keď je externé napájanie pripojené cez konektor micro-USB modulu Arduino Nano, batéria sa nabíja pomocou modulu TP4056. Uistite sa, že v obvode sú prítomné obtokové kondenzátory niekoľkých hodnôt, pretože v celom obvode je šum pri prepínaní zosilňovača DC-DC zosilňovača.

3. AD9833 a výstup:

Tento subobvod poskytuje vhodný výstupný priebeh, definovaný modulom AD9833 (U1). Pretože na zariadení je iba jeden zdroj napájania (5 V), je potrebné k výstupnej kaskáde pripojiť spojovací výberový obvod. Kondenzátor C1 je sériovo zapojený do stupňa výberu amplitúdy a je možné ho stlmiť budiacim prúdom na reléovom induktore, čím sa výstupný signál vystopuje priamo do koncového stupňa. C1 má hodnotu 10uF, stačí, aby priebeh vlny aj nízkych frekvencií prešiel kondenzátorom bez skreslenia, ovplyvnený iba odstránením DC. Q1 sa používa ako jednoduchý prepínač BJT používaný na riadenie prúdu cez induktor relé. Zaistite, aby bola dióda zapojená v reverznom priradení k reléovému induktoru, aby sa predišlo napäťovým špičkám, ktoré môžu poškodiť obvody zariadenia.

V neposlednom rade je fázou výber amplitúdy. U6 je 8-bitový digitálny potenciometer IC, ktorý funguje ako delič napätia pre daný výstupný priebeh. X9C104P je digitálny potenciometer 100 KOhm s veľmi jednoduchým nastavením polohy stierača: 3-kolíkové digitálne vstupy na úpravu polohy stierača prírastku/zníženia.

4. LCD:

Displej 16x2 z tekutých kryštálov je grafické rozhranie medzi používateľmi a obvodmi zariadenia. Aby sa znížila spotreba energie, katódový kolík podsvietenia LCD je pripojený k Q2 BJT pripojenému ako prepínač, riadený signálom PWM riadeným schopnosťou Arduino analogWrite (bude popísané v kroku kódu Arduino).

5. Kodér:

Obvod kodéra je riadiace rozhranie definujúce činnosť celého zariadenia. U9 pozostáva z kodéra a prepínača SPST, takže do projektu nie je potrebné pridávať ďalšie tlačidlá. Kolíky kodéra a prepínača by mali byť vyťahované externými odpormi 10 KOhm, ale môžu byť tiež definované pomocou kódu. Odporúča sa pridať kondenzátory 0,1 uF paralelne k kolíkom kodéra A a B, aby sa zabránilo odrážaniu na týchto vstupných riadkoch.

6. Konektory JST:

Všetky vonkajšie časti zariadenia sú prepojené pomocou konektorov JST, takže montáž zariadenia je oveľa pohodlnejšia s dodatočnou vlastnosťou, ktorá znižuje miesto pre chyby počas procesu stavby. Mapovanie konektorov sa vykonáva týmto spôsobom:

• J3, J4: LCD
• J5: Kodér
• J6: Batéria
• J7: Prepínač SPST
• J8: výstupný konektor RCA

Krok 4: Spájkovanie

Vďaka modulárnej konštrukcii tohto projektu je krok spájkovania jednoduchý:

A. Spájkovanie základnej dosky:

1. V prvom rade je potrebné orezať prototypovú dosku na veľkosť požadovaných rozmerov rozvádzača.

2. Spájkovanie modulu Arduino Nano a testovanie jeho počiatočnej prevádzky.

3. Spájkovací obvod napájacieho zdroja a kontrola všetkých hodnôt napätia zodpovedajú požiadavkám zariadenia.

4. Spájkovanie modulu AD9833 so všetkými periférnymi obvodmi.

5. Spájkovanie všetkých konektorov JST.

B. Externé komponenty:

1. Spájkovanie vodičov mužského konektora JST k pinom LCD v PRESNOM poradí, ako bolo plánované na základnej doske.

2. Spájkovanie vodičov konektora JST Male k kodéru podobne ako v predchádzajúcom kroku

3. Spájkovací prepínač na vodiče JST.

4. Spájkovanie vodičov JST k batérii (Ak je to vôbec potrebné. Niektoré z lítium-iónových batérií dostupných na eBay sú vopred spájkované s vlastným konektorom JST).

Krok 5: Kryt a montáž

Keď je spájkovanie hotové, môžeme pristúpiť k sekvencii montáže zariadenia:

1. Zamyslite sa nad umiestnením externých častí zariadenia: V mojom prípade som radšej umiestnil kodér pod LCD, keď sú prepínač a konektor RCA umiestnené na oddelených stranách skrinky.

2. Príprava rámčeka LCD: Rozhodnite sa, kde bude LCD umiestnený na zariadení, uistite sa, že bude umiestnený správnym smerom. Niekoľkokrát sa mi stalo, že potom, čo som dokončil celý proces rezania, bol LCD vertikálne prevrátený, pričom hovoríme o tom, je smutné, pretože je potrebné znova usporiadať rám LCD.

Potom, čo je vybraný rám, vyvŕtajte niekoľko otvorov po obvode celého rámu. Odstráňte všetky nežiaduce plastové rezy brúsnym pilníkom.

Vložte LCD displej zvnútra a nájdite body skrutiek na kryte. Vyvŕtajte otvory vrtákmi vhodného priemeru. Na vnútornú stranu predného panela vložte utiahnuté skrutky a upevňovacie matice.

3. Kodér: na obale je iba jedna rotačná časť. Vyvŕtajte oblasť podľa priemeru rotačného nástavca snímača. Vložte ho zvnútra, upevnite horúcou lepiacou pištoľou. Na otočný nástavec nasaďte uzáver.

4. Prepínač: rozhodnite o rozmeroch výkyvu prepínača, aby ho bolo možné voľne ťahať nadol alebo nahor. Ak máte na prepínači body skrutiek, vyvŕtajte na kryte príslušné oblasti, V opačnom prípade ho môžete upevniť horúcou lepiacou pištoľou.

5. Výstupný konektor RCA: Vyvŕtajte otvor s príslušným priemerom pre výstupný konektor RCA na bočnej spodnej strane krytu. Upevnite ho horúcou lepiacou pištoľou.

6. Hlavná doska a batéria: Umiestnite lítium-iónovú batériu na spodnú stranu krytu. Batériu je možné upevniť horúcou lepiacou pištoľou. Hlavná doska by mala byť vyvŕtaná na štyroch miestach pre 4 skrutky v každom rohu základnej dosky. Uistite sa, že mini USB vstup Arduino je čo najbližšie k hranici krytu (budeme ho musieť použiť na účely nabíjania a programovania).

7. Mini-USB: brúsnym pilníkom odrežte požadovanú oblasť pre micro-USB Arduino Nano, čím je možné k zariadeniu pripojiť externý napájací zdroj/počítač, keď je kompletne zostavený.

8. Záver: Pripojte všetky konektory JST, pripevnite obe časti krytu štyrmi 8 mm skrutkami v každom rohu krytu.

Krok 6: Kód Arduino

Pripojený kód je kompletný kód zariadenia, ktorý je potrebný na úplnú prevádzku zariadenia. Všetky potrebné vysvetlenia sú uvedené v sekciách s komentármi v kóde.

Krok 7: Záverečné testovanie

Naše zariadenie máme pripravené na použitie. konektor mini-USB funguje ako vstup programátora aj vstup externej nabíjačky, takže zariadenie je možné naprogramovať, keď je kompletne zmontované.

Dúfam, že tento návod bude pre vás užitočný, Vďaka za prečítanie!;)