Prijenosni generator funkcija na Arduinu: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Generator funkcija je vrlo koristan alat, posebno kada razmatramo testiranje odziva našeg kola na određeni signal. U ovom uputstvu opisat ću slijed izgradnje malog, prijenosnog generatora funkcija, lakog za korištenje.

Karakteristike projekta:

• Potpuno digitalno upravljanje: Nema potrebe za pasivnim analognim komponentama.
• Modularni dizajn: Svako pod-kolo je unaprijed definiran modul jednostavan za korištenje.
• Izlazna frekvencija: Dostupan raspon od 0Hz do 10MHz.
• Jednostavno upravljanje: Jednostruki rotacijski davač s ugrađenim gumbom.
• Li-ion baterija za prijenosnu upotrebu, s mogućnošću vanjskog punjenja.
• AC i DC sprega za izlazni talasni oblik.
• LCD kontrola svjetline za smanjenje potrošnje energije.
• Indikator napunjenosti baterije.
• Digitalna kontrola amplitude.
• Tri dostupna talasna oblika: sinus, trougao i kvadrat.

Korak 1: Ideja

Postoji mnogo kola koja zahtijevaju određenu opremu za ispitivanje kako bi se dobile informacije o odzivu kola na određeni valni oblik. Ovaj projekt se temelji na Arduinu (u ovom slučaju Arduino Nano), s 3,7 V litij-ionskom baterijom kao izvorom napajanja, čime je uređaj postao prenosiv. Poznato je da Arduino Nano ploča zahtijeva 5V kao izvor napajanja, pa elektronički dizajn sadrži DC-DC pretvarač koji pretvara napon baterije od 3,7 V u 5 V potrebno za napajanje Arduina. Stoga je ovaj projekt lako izgraditi, potpuno modularni, s relativno jednostavnim shematskim dijagramom.

Napajanje ploče: Uređaj ima jedan mini-USB konektor koji prima 5V iz vanjskog izvora napajanja, a to može biti PC ili vanjski USB punjač. sklop dizajniran na način da se, kad je priključen izvor 5 V DC, Li-ionska baterija puni pomoću modula punjača TP4056 koji je priključen na strujno kolo napajanja (tema će se dalje proširiti u sljedećim koracima).

AD9833: krug generatora integrirane funkcije središnji je dio dizajna, kontroliran putem SPI sučelja sa mogućnošću generiranja kvadratnog/sinusnog/trokutastog vala s opcijom frekvencijske modulacije. Budući da AD9833 nema mogućnost promjene amplitude izlaznog signala, koristio sam digitalni 8-bitni potenciometar kao razdjelnik napona na izlaznoj krajnjoj točki uređaja (bit će opisano u daljnjim koracima).

Zaslon: je osnovni 16x2 LCD, koji je vjerojatno najpopularniji zaslon s tekućim kristalima među korisnicima Arduina. Kako bi se smanjila potrošnja energije, postoji mogućnost podešavanja LCD pozadinskog osvjetljenja putem PWM signala sa unaprijed definiranog "analognog" pina Arduino.

Nakon ovog kratkog uvoda, možemo pristupiti procesu izgradnje.

Korak 2: Dijelovi i instrumenti

1: Elektronički dijelovi:

1.1: Integrisani moduli:

• Arduino Nano ploča
• 1602A - Generički ekran sa tečnim kristalima
• CJMCU - AD9833 Modul generatora funkcija
• TP4056 - Li -ion modul za punjenje baterija
• DC-DC Step-Up zaštitni modul: pretvarač 1,5V-3V u 5V

1.2: Integrisana kola:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT relej
• X9C104P - 8 -bitni 100KOhm digitalni potenciometar
• EC11 - Rotacijski davač sa SPST prekidačem
• 2 x 2N2222A - NPN opće namjene BJT

1.3: Pasivni i nerazvrstani dijelovi:

• 2 x 0,1uF -keramički kondenzatori
• 2 x 100uF - Elektrolitički kondenzatori
• 2 x 10uF - Elektrolitički kondenzatori
• 3 x 10KOhm otpornici
• 2 x 1,3KOhm otpornici
• 1 x 1N4007 Ispravljačka dioda
• 1 x SPDT Toggle prekidač

1.4: Konektori:

• 3 x 4-pinski JST 2,54 mm konektori
• 3 x 2-pinski konektori JST 2,54 mm
• 1 x RCA utičnica za utičnicu

2: Mehanički dijelovi:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm Plastično kućište
• 6 x KA-2mm zateznih vijaka
• 4 x vijci za bušenje KA-8 mm
• 1 x Ručica kodera (kapa)
• 1 x 8 cm x 5 cm Prototipna ploča

3. Instrumenti i softver:

• Stanica za lemljenje/pegla
• Električni odvijač
• Brusne datoteke raznih veličina
• Oštri nož
• Burgije
• Bitovi za odvijač
• Pištolj za vruće ljepilo
• Mini-USB kabel
• Arduino IDE
• Čeljust/ravnalo

Korak 3: Objašnjenje shema

Kako bi se olakšalo razumijevanje shematskog dijagrama, opis je podijeljen u podkrugove, dok svako potkolo ima odgovornost za svaki dizajnerski blok:

1. Arduino nano kolo:

Arduino Nano modul djeluje kao "glavni mozak" za naš uređaj. On kontrolira sve periferne module na uređaju, u digitalnom i analognom načinu rada. Budući da ovaj modul ima vlastiti mini-USB ulazni priključak, on će se koristiti i kao ulaz za napajanje i kao ulaz za programsko sučelje. Zbog toga je J1 - mini -USB konektor odvojen od shematskog simbola Arduino Nano (U4).

Postoji mogućnost korištenja namjenskih analognih pinova (A0.. A5) kao I/O opće namjene, pa se neki od pinova koriste kao digitalni izlaz, komunicirajući s LCD -om i AC/DC spregom za odabir izlaza uređaja. Analogni pinovi A6 i A7 su namjenski analogni ulazni pinovi i mogu se koristiti samo kao ADC ulazi, zbog Arduino Nano mikrokontrolera ATMEGA328P TQFP paketa, kako je definirano u podatkovnoj tablici. Uočite da je naponski vod baterije VBAT priključen na analogni ulazni pin A7, jer moramo odrediti njegovu vrijednost kako bismo utvrdili nisko stanje baterije napona Li-ion baterije.

2. Napajanje:

Krug napajanja temelji se na napajanju cijelog uređaja putem Li-ion baterije 3,7V pretvorene u 5V. SW1 je preklopni prekidač SPST koji kontrolira protok energije u cijelom krugu. Kao što se može vidjeti iz shema, kada je vanjsko napajanje spojeno putem mikro-USB konektora Arduino Nano modula, baterija se puni preko TP4056 modula. Uvjerite se da su u krugu prisutni zaobilazni kondenzatori s nekoliko vrijednosti, budući da postoji DC-DC pretvarač pojačanja koji uključuje šum na tlu i 5 V potencijale cijelog kruga.

3. AD9833 i izlaz:

Ovo potkolo daje odgovarajući izlazni valni oblik, definiran AD9833 modulom (U1). Budući da na uređaju postoji samo jedno napajanje (5V), potrebno je priključiti krug za odabir spojnice na izlaznu kaskadu. C1 kondenzator je serijski spojen na stepen odabira amplitude i može se utišati preko pogonske struje na relejnom induktoru, čime se izlazni signal prati ravno do izlaznog stupnja. C1 ima vrijednost 10uF, dovoljno je da valni oblik čak i niskih frekvencija prođe kroz kondenzator bez izobličenja, na što utječe samo uklanjanje istosmjerne struje. Q1 se koristi kao jednostavan BJT prekidač koji se koristi za pokretanje struje kroz induktor releja. Uvjerite se da je dioda obrnuto raspoređena na indukcijski relej kako biste izbjegli skokove napona koji mogu oštetiti kola uređaja.

Posljednja, ali ne i najmanje važna faza, je odabir amplitude. U6 je 8-bitni digitalni potenciometar IC, koji djeluje kao razdjelnik napona za dati izlazni valni oblik. X9C104P je digitalni potenciometar od 100KOhm sa vrlo jednostavnim podešavanjem položaja brisača: 3-pinski digitalni ulazi za podešavanje položaja brisača za povećanje/smanjenje.

4. LCD:

16x2 ekran sa tečnim kristalima je grafičko sučelje između kola i kola uređaja. Kako bi se smanjila potrošnja energije, katodni pin LCD pozadinskog osvjetljenja spojen je na Q2 BJT spojen kao prekidač, kontroliran PWM signalom pogonjenim Arduino analogWrite sposobnošću (bit će opisano u koraku Arduino koda).

5. Enkoder:

Krug davača je upravljačko sučelje koje definira rad cijelog uređaja. U9 se sastoji od kodera i SPST prekidača, pa nema potrebe dodavati dodatne tipke projektu. Igle davača i sklopke trebaju biti podignute vanjskim otpornicima od 10 KOhm, ali se to može i definirati pomoću koda. Preporučuje se dodavanje 0,1uF kondenzatora paralelno na pinove davača A i B kako bi se izbjeglo poskakivanje na ovim ulaznim linijama.

6. JST konektori:

Svi vanjski dijelovi uređaja povezani su putem JST konektora, što čini znatno pogodnijim sastavljanje uređaja, uz dodatnu mogućnost smanjenja mjesta grešaka tokom procesa izgradnje. Mapiranje konektora vrši se na ovaj način:

• J3, J4: LCD
• J5: Enkoder
• J6: Baterija
• J7: Prekidač SPST
• J8: RCA izlazni konektor

Korak 4: Lemljenje

Zbog modularnog dizajna ovog projekta, korak lemljenja postaje jednostavan:

A. Lemljenje glavne ploče:

1. Prije svega, potrebno je izrezati prototipnu ploču na željenu veličinu kućišta.

2. Lemljenje Arduino Nano modula i testiranje njegovog početnog rada.

3. Krug napajanja za lemljenje i provjera svih vrijednosti napona u skladu su sa zahtjevima uređaja.

4. Lemljenje AD9833 modula sa svim perifernim krugovima.

5. Lemljenje svih JST konektora.

B. Vanjske komponente:

1. Lemljenje žica muškog konektora JST na LCD pinove TAČNIM redoslijedom kako je planirano na glavnoj ploči.

2. Lemljenje žica muškog konektora JST na koder slično kao u prethodnom koraku

3. Prekidač za lemljenje na žice JST.

4. Lemljenje JST žica na bateriju (ako je uopće potrebno. Neke od Li-ion baterija dostupne na eBay-u su prethodno lemljene sa vlastitim JST konektorom).

Korak 5: Kućište i montaža

Nakon obavljenog lemljenja, možemo pristupiti slijedu montaže uređaja:

1. Razmislite o postavljanju vanjskih dijelova uređaja: U mom slučaju, radije bih postavio koder ispod LCD -a, kada su prekidač i RCA konektor postavljeni na odvojenim stranama kutije kućišta.

2. Priprema okvira LCD -a: Odlučite gdje će se LCD nalaziti na uređaju, pobrinite se da bude postavljen u pravom smjeru, nekoliko puta mi se dogodilo da je nakon što sam završio sa cijelim rezanjem LCD zaslon bio okrenut vertikalno, govoreći o tome Tužno je jer je potrebno preurediti okvir LCD-a.

Nakon odabira okvira, izbušite nekoliko rupa po obodu cijelog okvira. Uklonite sve neželjene plastične rezove turpijom za brušenje.

Umetnite LCD zaslon iznutra i pronađite vijke na kućištu. Izbušite rupe burgijama odgovarajućeg prečnika. Umetnite izvučene vijke i pričvrstite matice s unutarnje strane prednje ploče.

3. Enkoder: ima samo jedan rotacijski dio na pakiranju. Izbušite područje prema promjeru okretnog priključka davača. Umetnite ga iznutra, pričvrstite pištoljem za vruće ljepilo. Postavite poklopac na okretni nastavak.

4. Prekidač: odlučite se o dimenzijama okretnog prekidača, tako da se može slobodno povući prema dolje ili prema gore. Ako na prekidaču imate zavrtnje, izbušite odgovarajuća područja na kućištu, inače ih možete pričvrstiti pištoljem za vruće ljepilo.

5. RCA izlazni konektor: Izbušite rupu odgovarajućeg promjera za RCA izlazni konektor na bočnoj i donjoj strani kućišta. Pričvrstite ga pištoljem za vruće ljepilo.

6. Glavna ploča i baterija: Postavite Li-ion bateriju na donju stranu kućišta. Baterija se može pričvrstiti pištoljem za vruće ljepilo. Glavnu ploču treba izbušiti na četiri mjesta za 4 vijka na svakom uglu glavne ploče. Uvjerite se da je Arduino mini-USB ulaz što bliže granici kućišta (morat ćemo ga koristiti za punjenje i programiranje).

7. Mini-USB: odrežite željenu površinu za Arduino Nano mikro-USB datotekom za brušenje, što omogućuje povezivanje vanjskog napajanja/računala s uređajem kada je potpuno sastavljen.

8. Konačno: Spojite sve JST konektore, pričvrstite oba dijela kućišta s četiri vijka od 8 mm na svakom kutu kućišta.

Korak 6: Arduino kod

Priloženi kôd je potpuni kôd uređaja koji je potreban za potpuni rad uređaja. Sva potrebna objašnjenja nalaze se u odjeljcima komentara unutar koda.

Korak 7: Završno testiranje

Naš uređaj je spreman za upotrebu. mini-USB konektor djeluje i kao ulaz programatora i kao ulaz za vanjski punjač, pa se uređaj može programirati kada je potpuno sastavljen.

Nadam se da će vam ovo uputstvo biti korisno, Hvala na čitanju!;)