Arduino kaasaskantav funktsioonigeneraator: 7 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Funktsioonigeneraator on väga kasulik tööriist, eriti kui kaalume oma vooluahela reaktsiooni testimist teatud signaalile. Selles juhendis kirjeldan väikese, hõlpsasti kasutatava kaasaskantava funktsioonigeneraatori ehitusjärjekorda.

Projekti omadused:

• Täielikult digitaalne juhtimine: pole vaja passiivseid analoogkomponente.
• Moodulkonstruktsioon: iga alamring on eelnevalt määratletud hõlpsasti kasutatav moodul.
• Väljundsagedus: saadaval vahemikus 0Hz kuni 10MHz.
• Lihtne juhtimine: üks pöörlev kodeerija koos sisseehitatud nupuga.
• Liitiumaku kaasaskantavaks kasutamiseks, välise laadimisvõimalusega.
• Vahelduv- ja alalisvooluühendus väljundlainekuju jaoks.
• LCD heleduse juhtimine energiatarbimise vähendamiseks.
• Aku laetuse indikaator.
• Digitaalse amplituudi juhtimine.
• Saadaval kolm lainekuju: siinus, kolmnurk ja ruut.

Samm: idee

On palju ahelaid, mis nõuavad teatud testimisseadmeid, et saada teavet vooluahela reageerimise kohta teatud lainekujule. See projekt põhineb Arduino-l (antud juhul Arduino Nano), mille toiteallikaks on 3,7 V liitium-ioon aku, muutes seadme teisaldatavaks. On teada, et Arduino Nano plaat vajab toiteallikana 5 V, seega sisaldab elektrooniline disain DC-DC võimendusmuundurit, mis muudab 3,7 V aku pinge 5 V-ks, mis on vajalik Arduino sisselülitamiseks. Seega on seda projekti lihtne ehitada, täiesti modulaarne, suhteliselt lihtsa skemaatilise diagrammiga.

Tahvli toide: seadmel on üks mini-USB-pistik, mis võtab välise toiteallika kaudu vastu 5 V pinget, mis võib olla kas arvuti või väline USB-laadija. skeem on konstrueeritud nii, et 5 V alalisvooluallika ühendamisel laetakse liitiumioonakut toiteallika külge ühendatud laadimismooduliga TP4056 (teemat laiendatakse järgmiste sammudega).

AD9833: integreeritud funktsioonigeneraator on disaini keskne osa, mida juhitakse SPI -liidese kaudu ja millel on võimalus tekitada ruudu/siinuse/kolmnurga laine koos sagedusmodulatsiooni võimalusega. Kuna AD9833-l pole võimalust väljundsignaali amplituudi muuta, olen kasutanud seadme väljundi lõpp-punktis pingejagurina digitaalset 8-bitist potentsiomeetrit (seda kirjeldatakse järgmistes sammudes).

Ekraan: on põhiline 16x2 LCD, mis on Arduino kasutajate seas ilmselt kõige populaarsem vedelkristallkuvar. Energiatarbimise vähendamiseks on võimalus reguleerida LCD-taustvalgustust PWM-signaali kaudu Arduino eelmääratud "analoog" tihvtilt.

Pärast seda lühitutvustust saame jätkata ehitusprotsessiga.

2. samm: osad ja instrumendid

1: elektroonilised osad:

1.1: Integreeritud moodulid:

• Arduino Nano plaat
• 1602A - üldine vedelkristallkuvar
• CJMCU - AD9833 Funktsioonigeneraatori moodul
• TP4056 - liitium -ioon akulaadija moodul
• DC-DC astmelise muunduri moodul: 1,5V-3V kuni 5V muundur

1.2: Integraallülitused:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT relee
• X9C104P - 8 -bitine 100KOhm digitaalne potentsiomeeter
• EC11 - pöörlev kodeerija SPST -lülitiga
• 2 x 2N2222A - NPN üldotstarbeline BJT

1.3: Passiivsed ja klassifitseerimata osad:

• 2 x 0,1uF -keraamilised kondensaatorid
• 2 x 100uF - elektrolüütkondensaatorid
• 2 x 10uF - elektrolüütkondensaatorid
• 3 x 10KOhm takistid
• 2 x 1,3KOhm takisti
• 1 x 1N4007 alaldi diood
• 1 x SPDT lülituslüliti

1.4: pistikud:

• 3 x 4-kontaktilist JST 2,54 mm sammuga pistikut
• 3 x 2-kontaktilist JST 2,54 mm sammuga pistikut
• 1 x RCA pistikupesa

2: mehaanilised osad:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm plastikust korpus
• 6 x KA-2mm tõmbekruvi
• 4 x KA-8mm puurkruvi
• 1 x kodeerimisnupp (kork)
• 1 x 8 cm x 5 cm prototüüp

3. Vahendid ja tarkvara:

• Jootmisjaam/triikraud
• Elektriline kruvikeeraja
• Erineva suurusega lihvimisviilid
• Terav nuga
• Puurid
• Kruvikeeraja otsikud
• Kuum liimipüstol
• Mini-USB-kaabel
• Arduino IDE
• Nihik/joonlaud

3. samm: skeemide selgitus

Skemaatilise diagrammi mõistmise hõlbustamiseks on kirjeldus jagatud ahelateks, samas kui iga ahela vastutab iga projekteerimisploki eest:

1. Arduino Nano Circuit:

Arduino Nano moodul toimib meie seadme "peaaju". See juhib kõiki seadme välismooduleid nii digitaalses kui ka analoogrežiimis. Kuna sellel moodulil on oma mini-USB sisendpistik, kasutatakse seda nii toite- kui ka programmeerimisliidese sisendina. Seetõttu on J1 - mini -USB -pistik Arduino Nano (U4) skemaatilisest sümbolist eraldatud.

On olemas võimalus kasutada spetsiaalseid analoogpistikuid (A0.. A5) üldotstarbelise sisendina/väljundina, nii et mõnda tihvti kasutatakse digitaalse väljundina, mis suhtleb LCD väljundiga ja seadme väljundi AC/DC sidestusega. Analoogpoldid A6 ja A7 on spetsiaalsed analoogsisendinööbid ja neid saab kasutada ainult ADC sisenditena Arduino Nano mikrokontrolleri ATMEGA328P TQFP paketi tõttu, nagu see oli andmelehel määratletud. Pange tähele, et aku pingeliin VBAT on ühendatud analoogsisendi tihvtiga A7, sest me peame selle väärtuse leidma, et määrata liitium-ioonaku pinge.

2. Toide:

Toiteahel põhineb kogu seadme toitel 3,7 V liitiumioonaku abil, mis muundatakse 5 V-ks. SW1 on SPST lülituslüliti, mis juhib kogu vooluahela vooluhulka. Nagu skeemilt näha, laaditakse akut TP4056 mooduli kaudu, kui väline toiteallikas on ühendatud Arduino Nano mooduli mikro-USB-pistiku kaudu. Veenduge, et vooluahelal on mitme väärtusega möödavoolukondensaatorid, kuna maapinnal on alalisvoolu ja alalisvoolu muunduri lülitusmüra ning kogu vooluahela 5 V potentsiaal.

3. AD9833 ja väljund:

See alamlülitus pakub sobivat väljundlainekuju, mis on määratletud AD9833 mooduliga (U1). Kuna seadmel on ainult üks toide (5 V), tuleb väljundkaskaadi külge kinnitada siduri valimise ahel. C1 kondensaator on järjestikku ühendatud amplituudi valimise etapiga ja seda saab vaigistada relee induktiivpoolil oleva voolu kaudu, muutes väljundsignaali otse väljundastmeks. C1 väärtus on 10uF, piisab sellest, et isegi madalate sageduste lainekuju läbib kondensaatorit ilma moonutamata ja seda mõjutab ainult alalisvoolu eemaldamine. Q1 kasutatakse lihtsa BJT lülitina, mida kasutatakse voolu juhtimiseks läbi relee induktiivpooli. Veenduge, et diood on releeinduktoriga vastupidises järjekorras ühendatud, et vältida pingepiike, mis võivad seadme vooluahelaid kahjustada.

Viimane, kuid mitte vähem oluline etapp on amplituudi valik. U6 on 8-bitine digitaalne potentsiomeeter IC, mis toimib antud väljundlainekuju pingejagurina. X9C104P on 100KOhm digitaalne potentsiomeeter, millel on väga lihtne klaasipuhasti asend: 3-kontaktilised digitaalsisendid klaasipuhasti asendi reguleerimiseks.

4. LCD:

16x2 vedelkristallkuvar on graafiline liides kasutaja ja seadme vooluringi vahel. Energiatarbimise vähendamiseks on LCD -taustvalgustuse katoodpistik ühendatud Q2 BJT -ga, mis on ühendatud lülitina, mida juhib PWM -signaal, mida juhib Arduino analogWrite võime (kirjeldatakse Arduino koodietapis).

5. Kooder:

Kodeerisahel on juhtliides, mis määratleb kogu seadme töö. U9 koosneb kodeerijast ja SPST -lülitist, seega ei ole vaja projektile lisanuppe lisada. Kodeerija ja lüliti tihvtid tuleks üles tõmmata välise 10KOhm takisti abil, kuid seda saab määrata ka koodi abil. Soovitatav on lisada kodeerija A ja B tihvtidele paralleelselt 0,1 uF kondensaatoreid, et vältida nendel sisendliinidel põrkumist.

6. JST pistikud:

Kõik seadme välised osad on ühendatud JST -pistikute kaudu, mis muudab seadme kokkupaneku palju mugavamaks, lisavõimaluseks on ehitusprotsessi ajal vigade vähendamine. Pistikute kaardistamine toimub järgmiselt.

• J3, J4: LCD
• J5: kodeerija
• J6: Aku
• J7: SPST lülituslüliti
• J8: RCA väljundpistik

4. samm: jootmine

Selle projekti modulaarse disaini tõttu muutub jootmise samm lihtsaks:

A. Põhiplaadi jootmine:

1. Esiteks on vaja prototüübi plaati kärpida soovitud mõõtmetega.

2. Jootmine Arduino Nano moodul ja selle esialgse töö testimine.

3. Jootmise toiteahel ja kõigi pinge väärtuste kontrollimine vastavad seadme nõuetele.

4. Jootmine AD9833 moodul kõigi välisseadmetega.

5. Kõigi JST pistikute jootmine.

B. Välised komponendid:

1. JST meessoost pistiku juhtmete jootmine LCD -tihvtide juurde TÄPSES järjekorras, nagu emaplaadil oli ette nähtud.

2. JST meesliidese juhtmete jootmine kodeerijale sarnaselt eelmisele sammule

3. Jootmise lülituslüliti JST juhtmetele.

4. JST juhtmete jootmine aku külge (kui seda üldse vaja on. Mõned eBays saadaval olevad liitiumioonakud on eelnevalt joodetud oma JST-pistikuga).

5. samm: ümbris ja kokkupanek

Kui kõik jootmised on tehtud, saame jätkata seadme kokkupaneku järjekorda:

1. Mõelge seadme väliste osade paigutamisele: minu puhul eelistasin kodeerija paigutada LCD -ekraani alla, kui lülituslüliti ja RCA -pistik on paigutatud korpuse kasti eraldi külgedele.

2. LCD -raami ettevalmistamine: otsustage, kus LCD -seade seadmel asub, veenduge, et see asetatakse õiges suunas. Mul juhtus mitu korda, et pärast kogu lõikamisprotsessi lõpetamist pöörati LCD vertikaalselt ümber, on kurb, sest LCD-raami tuleb ümber korraldada.

Pärast raami valimist puurige kogu raami perimeetrile mitu auku. Eemaldage kõik soovimatud plastlõiked lihvimisviiliga.

Sisestage LCD -ekraan seestpoolt ja leidke korpuse kruvipunktid. Puurige augud sobiva läbimõõduga puuridega. Sisestage tõmmatud kruvid ja kinnitage mutrid esipaneeli siseküljele.

3. Kooder: pakendil on ainult üks pöörlev osa. Puurige ala vastavalt kodeerimisseadme pöörleva kinnituse läbimõõdule. Sisestage see seestpoolt, kinnitage see kuuma liimipüstoliga. Asetage pöörlevale kinnitusele kork.

4. Lülituslüliti: määrake lülituslüliti mõõtmed, nii et seda saab vabalt alla või üles tõmmata. Kui teil on lülituslülitil kruvipunktid, puurige korpusele vastavad alad, vastasel juhul saate selle kuuma liimipüstoliga kinnitada.

5. RCA väljundpistik: puurige korpuse külje-alumisele küljele sobiva läbimõõduga auk RCA väljundpistiku jaoks. Kinnitage see kuuma liimipüstoliga.

6. Põhiplaat ja aku: asetage liitiumioonaku aku korpuse alumisele küljele. Akut saab kinnitada kuuma liimipüstoliga. Põhiplaati tuleks puurida neljas kohas 4 kruvi jaoks mõlemal põhiplaadi nurgal. Veenduge, et Arduino mini-USB sisend oleks korpuse piirile võimalikult lähedal (peame seda kasutama laadimiseks ja programmeerimiseks).

7. Mini-USB: lõigake Arduino Nano mikro-USB jaoks soovitud ala lihvimisfailiga ära, võimaldades seeläbi seadmega ühendada välise toiteallika/arvuti, kui see on täielikult kokku pandud.

8. Lõplik: ühendage kõik JST -pistikud, kinnitage korpuse mõlemad osad nelja 8 mm kruviga korpuse kummaski nurgas.

6. samm: Arduino kood

Manustatud kood on seadme täielik kood, mida on vaja seadme täielikuks toimimiseks. Kõik vajalikud selgitused on lisatud koodi kommentaaride sektsioonidesse.

7. etapp: lõplik testimine

Meil on oma seade kasutamiseks valmis. mini-USB-pistik toimib nii programmeerija sisendina kui ka välise laadija sisendina, nii et seadet saab programmeerida, kui see on täielikult kokku pandud.

Loodetavasti leiate sellest juhendist kasu, Täname lugemise eest!;)