Преносим генератор на функции на Arduino: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Генераторът на функции е много полезен инструмент, особено когато обмисляме да тестваме реакцията на нашата верига на определен сигнал. В тази инструкция ще опиша последователността на изграждане на малък, лесен за използване, преносим генератор на функции.

Характеристики на проекта:

• Напълно цифрово управление: Няма нужда от пасивни аналогови компоненти.
• Модулен дизайн: Всяка подсхема е предварително определен лесен за използване модул.
• Изходна честота: Наличен диапазон от 0Hz до 10MHz.
• Просто управление: Единичен въртящ се енкодер с вграден бутон.
• Литиево-йонна батерия за преносима употреба, с възможност за външно зареждане.
• AC и DC свързване за изходна форма на вълната.
• Контрол на яркостта на LCD за намаляване на консумацията на енергия.
• Индикатор за зареждане на батерията.
• Цифров контрол на амплитудата.
• Три налични форми на вълна: Синус, триъгълник и квадрат.

Стъпка 1: Идеята

Има много схеми, които изискват оборудване за тестване, за да получат информация за реакцията на веригата към определена форма на вълната. Този проект е базиран на Arduino (в този случай Arduino Nano), с 3.7V литиево-йонна батерия като източник на захранване, което прави устройството преносимо. Известно е, че платката Arduino Nano изисква 5V като захранване, така че електронният дизайн съдържа DC-DC усилващ преобразувател, който преобразува напрежението на батерията 3.7V в 5V, необходимо за захранване на Arduino. По този начин този проект е лесен за изграждане, напълно модулен, със сравнително проста схематична диаграма.

Захранване на платката: Устройството има един мини-USB конектор, който получава 5V от външното захранване, което може да бъде компютър или външно USB зарядно устройство. схемата е проектирана по такъв начин, че когато 5V DC източникът е свързан, литиево-йонната батерия се зарежда от зарядния модул TP4056, който е свързан към електрическата верига (Темата ще бъде разширена допълнително в следващите стъпки).

AD9833: интегралната схема на генератор на функции е централна част от дизайна, управлявана чрез SPI интерфейс с възможност за генериране на квадратна/синусова/триъгълна вълна с опция за честотна модулация. Тъй като AD9833 няма възможност за промяна на амплитудата на изходния сигнал, използвах цифров 8-битов потенциометър като делител на напрежение в крайната точка на изхода на устройството (Ще бъде описано в следващите стъпки).

Дисплей: е основният 16x2 LCD, който е може би най-популярният дисплей с течни кристали сред потребителите на Arduino. За да се намали консумацията на енергия, има опция за регулиране на LCD подсветката чрез PWM сигнал от предварително дефинирания "аналогов" щифт на Arduino.

След това кратко въведение можем да пристъпим към процеса на изграждане.

Стъпка 2: Части и инструменти

1: Електронни части:

1.1: Интегрирани модули:

• Arduino Nano платка
• 1602A - Общ дисплей с течни кристали
• CJMCU - AD9833 Функционален генераторен модул
• TP4056 - Модул за зареждане на литиево -йонна батерия
• DC-DC Step-Up прикриващ модул: 1.5V-3V към 5V преобразувател

1.2: Интегрални схеми:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT реле
• X9C104P - 8 -битов 100KOhm цифров потенциометър
• EC11 - Ротационен енкодер с SPST превключвател
• 2 x 2N2222A - NPN с общо предназначение BJT

1.3: Пасивни и некласифицирани части:

• 2 x 0.1uF -керамични кондензатори
• 2 x 100uF - Електролитични кондензатори
• 2 x 10uF - Електролитични кондензатори
• 3 x 10KOhm резистора
• 2 x 1.3KOhm резистора
• 1 x 1N4007 токоизправител
• 1 x Превключвател SPDT

1.4: Съединители:

• 3 x 4-пинови JST 2,54 мм конектори
• 3 x 2-пинови JST 2,54 мм конектори
• 1 x RCA конектор за гнездо

2: Механични части:

• 1 x 12,5 см x 8 см x 3,2 см Пластмасов корпус
• 6 x винта KA-2mm
• 4 x винта за пробиване KA-8 мм
• 1 х копче за енкодер (капачка)
• 1 x 8cm x 5cm Прототипна дъска

3. Инструменти и софтуер:

• Поялна станция/ютия
• Електрическа отвертка
• Шлифовъчни файлове с множество размери
• Остър нож
• Свредла
• Битове за отвертка
• Пистолет за горещо лепило
• Мини-USB кабел
• Arduino IDE
• Дебеломер/линийка

Стъпка 3: Обяснение на схемите

За да се улесни разбирането на схематичната диаграма, описанието е разделено на подсхеми, докато всяка подсхема носи отговорност за всеки конструктивен блок:

1. Нано верига Arduino:

Модулът Arduino Nano действа като "основен мозък" за нашето устройство. Той контролира всички периферни модули на устройството, както в цифрови, така и в аналогови режими на работа. Тъй като този модул има свой собствен мини-USB входен конектор, той ще се използва както като вход за захранване, така и като вход за интерфейс за програмиране. Поради това J1 - мини -USB конекторът е отделен от схематичния символ на Arduino Nano (U4).

Има опция за използване на специални аналогови щифтове (A0.. A5) като I/O с общо предназначение, така че някои от пиновете се използват като цифров изход, комуникиращ с LCD и AC/DC свързване, избор на изхода на устройството. Аналоговите щифтове A6 и A7 са специални аналогови входни щифтове и могат да се използват само като ADC входове, поради микроконтролера Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, както е дефинирано в листа с данни. Забележете, че линията за напрежение на батерията VBAT е свързана към аналоговия входен щифт A7, защото трябва да получим нейната стойност, за да определим ниското състояние на батерията на напрежението на литиево-йонната батерия.

2. Захранване:

Захранващата верига се основава на захранване на цялото устройство чрез литиево-йонна батерия 3.7V, преобразувана в 5V. SW1 е превключвател SPST, който контролира потока на мощността по цялата верига. Както може да се види от схемите, когато външното захранване е свързано чрез micro-USB конектор на модула Arduino Nano, батерията се зарежда чрез модул TP4056. Уверете се, че във веригата има байпасни кондензатори с няколко стойности, тъй като има DC-DC усилващ преобразувател, превключващ шум на земята и 5V потенциали на цялата верига.

3. AD9833 и изход:

Тази подсхема осигурява подходяща изходна форма на вълната, определена от модул AD9833 (U1). Тъй като на устройството има само едно захранване (5V), е необходимо да се прикрепи схема за избор на свързване към изходната каскада. Кондензаторът C1 е свързан последователно към етапа за избор на амплитуда и може да бъде заглушен чрез задвижващ ток върху релейния индуктор, като по този начин изходният сигнал се проследява направо към изходния етап. C1 има стойност 10uF, достатъчно е формата на вълната дори на ниски честоти да премине през кондензатор, без да се изкривява, само повлияна от отстраняването на DC. Q1 се използва като прост BJT превключвател, използван за задвижване на ток през индуктора на релето. Уверете се, че диодът е свързан на обратно разпределение към релейния индуктор, за да се избегнат скокове на напрежение, които могат да повредят веригите на устройството.

Не на последно място е изборът на амплитуда. U6 е 8-битов цифров потенциометър IC, който действа като делител на напрежение за дадена изходна форма на вълната. X9C104P е 100 КОм цифров потенциометър с много проста настройка на позицията на чистачките: 3-пинови цифрови входове за регулиране на стъпката на стъпката/декремента.

4. LCD:

16x2 дисплей с течни кристали е графичен интерфейс между потребителя и схемата на устройството. За да се намали консумацията на енергия, катодният щифт на LCD подсветката е свързан към Q2 BJT, свързан като превключвател, управляван от PWM сигнал, задвижван от Arduino analogWrite способност (Ще бъде описано в стъпката Arduino code).

5. Енкодер:

Енкодерната верига е интерфейс за управление, определящ работата на цялото устройство. U9 се състои от енкодер и SPST превключвател, така че няма нужда да добавяте допълнителни бутони към проекта. Щифтовете на енкодера и превключвателите трябва да бъдат изтеглени от външни резистори с мощност 10 КОм, но също така могат да бъдат дефинирани чрез код. Препоръчва се да се добавят 0,1uF кондензатори успоредно на щифтовете A и B на енкодера, за да се избегне подскачане по тези входни линии.

6. JST конектори:

Всички външни части на устройството са свързани чрез JST конектори, като по този начин правят много по -удобно сглобяването на устройството, с допълнителна функция за намаляване на мястото за грешки по време на процеса на изграждане. Картографирането на конекторите се извършва по следния начин:

• J3, J4: LCD
• J5: Енкодер
• J6: Батерия
• J7: Превключвател SPST
• J8: RCA изходен конектор

Стъпка 4: Запояване

Поради модулния дизайн на този проект, стъпката на запояване става проста:

А. Запояване на дънната платка:

1. На първо място, трябва да изрежете прототипната дъска до размера на желаните размери на корпуса.

2. Запояване на модула Arduino Nano и тестване на първоначалната му работа.

3. Електрическа верига за запояване и проверка на всички стойности на напрежението отговарят на изискванията на устройството.

4. Запояване на модул AD9833 с всички периферни вериги.

5. Запояване на всички JST конектори.

Б. Външни компоненти:

1. Запояване на проводниците на JST мъжки конектор към LCD пиновете в ТОЧЕН ред, както е планирано на основната платка.

2. Запояване на проводници на JST мъжки конектор към енкодера подобно на предишната стъпка

3. Превключвател за запояване към проводниците JST.

4. Запояване на JST проводници към батерията (Ако изобщо е необходимо. Някои от наличните в eBay литиево-йонни батерии са предварително запоени със собствен JST конектор).

Стъпка 5: Корпус и монтаж

След като запояването е извършено, можем да преминем към последователността на сглобяване на устройството:

1. Помислете за разположението на външните части на устройството: В моя случай предпочитах да поставя енкодера под LCD, когато превключвателят и RCA конекторът са поставени на отделни страни на кутията на кутията.

2. Подготовка на LCD рамка: Решете къде ще бъде разположен LCD на устройството, уверете се, че той ще бъде поставен в правилната посока, на мен ми се е случвало няколко пъти, след като приключих целия процес на рязане, LCD да е обърнат вертикално, като говорим за това е тъжно, защото има нужда от пренареждане на LCD рамката.

След като рамката е избрана, пробийте няколко дупки по периметъра на цялата рамка. Отстранете всички нежелани пластмасови разрези с шлифовъчна пила.

Поставете LCD дисплея от вътрешната страна и намерете винтовите точки на кутията. Пробийте отвори с свредла с подходящ диаметър. Поставете издърпаните винтове и затегнете гайки от вътрешната страна на предния панел.

3. Енкодер: има само една въртяща се част на опаковката. Пробийте зоната според въртящия диаметър на енкодера. Поставете го отвътре, затегнете го с пистолет за горещо лепило. Поставете капачка върху въртящото се приспособление.

4. Превключвател: Решете размерите на люлката на превключвателя, така че да може да се дърпа надолу или нагоре свободно. Ако имате винтови точки на превключвателя, пробийте съответните зони на кутията, в противен случай можете да го закрепите с пистолет за горещо лепило.

5. Изходен конектор RCA: Пробийте отвор с подходящ диаметър за изходния конектор RCA от страничната и долната страна на корпуса. Закрепете го с пистолет за горещо лепило.

6. Основна платка и батерия: Поставете литиево-йонна батерия от долната страна на кутията. Батерията може да бъде закрепена с пистолет за горещо лепило. Дънната платка трябва да се пробие на четири места за 4 винта на всеки ъгъл на основната платка. Уверете се, че мини-USB входът на Arduino е възможно най-близо до границата на заграждението (ще трябва да го използваме за зареждане и програмиране).

7. Mini-USB: изрежете желаната зона за микро-USB на Arduino Nano с шлифовъчен файл, като по този начин прави възможно свързването на външно захранване/компютър към устройството, когато е сглобено напълно.

8. Последно: Свържете всички JST конектори, прикрепете двете части на корпуса с четири 8 мм винта на всеки ъгъл на корпуса.

Стъпка 6: Кодът на Arduino

Прикаченият код е пълният код на устройството, който е необходим за пълната работа на устройството. Цялото необходимо обяснение е приложено в секциите за коментари в кода.

Стъпка 7: Окончателно тестване

Ние имаме нашето устройство готово за употреба. mini-USB конекторът действа както като вход за програмист, така и като вход за външно зарядно устройство, така че устройството може да се програмира, когато е напълно сглобено.

Надявам се, че ще намерите тази инструкция за полезна, Благодаря за четенето!;)