Pārnēsājams funkciju ģenerators Arduino: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Funkciju ģenerators ir ļoti noderīgs rīks, it īpaši, ja mēs apsveram pārbaudīt mūsu ķēdes reakciju uz noteiktu signālu. Šajā pamācībā es aprakstīšu neliela, viegli lietojama, pārnēsājama funkciju ģeneratora veidošanas secību.

Projekta iezīmes:

• Pilnībā digitāla vadība: nav nepieciešami pasīvi analogie komponenti.
• Moduļu dizains: katra apakšshēma ir iepriekš definēts viegli lietojams modulis.
• Izejas frekvence: Pieejams diapazons no 0Hz līdz 10MHz.
• Vienkārša vadība: viens rotējošais kodētājs ar iebūvētu spiedpogu.
• Li-ion akumulators pārnēsājamai lietošanai ar ārēju uzlādes iespēju.
• Maiņstrāvas un līdzstrāvas savienojums izejas viļņu formai.
• LCD spilgtuma kontrole enerģijas patēriņa samazināšanai.
• Akumulatora uzlādes indikators.
• Digitālās amplitūdas kontrole.
• Trīs pieejamās viļņu formas: sinuss, trīsstūris un kvadrāts.

1. solis: ideja

Ir daudz ķēžu, kurām nepieciešama zināma testēšanas iekārta, lai iegūtu informāciju par ķēdes reakciju uz noteiktu viļņu formu. Šis projekts balstās uz Arduino (šajā gadījumā Arduino Nano), ar 3.7V litija jonu akumulatoru kā strāvas avotu, tādējādi padarot ierīci pārnēsājamu. Ir zināms, ka Arduino Nano plāksnei kā barošanas avotam ir nepieciešams 5 V spriegums, tāpēc elektroniskajā dizainā ir līdzstrāvas līdzstrāvas pastiprinātājs, kas pārveido 3,7 V akumulatora spriegumu līdz 5 V, kas nepieciešams Arduino barošanai. Tādējādi šis projekts ir viegli veidojams, pilnīgi modulārs, ar salīdzinoši vienkāršu shematisku diagrammu.

Plāksnes barošana: ierīcei ir viens mini-USB savienotājs, kas saņem 5 V spriegumu no ārējā barošanas avota, kas var būt dators vai ārējs USB lādētājs. shēma ir veidota tā, ka, pievienojot 5 V līdzstrāvas avotu, litija jonu akumulatoru uzlādē ar TP4056 lādētāja moduli, kas ir pievienots barošanas shēmai (turpmākajās darbībās tēma tiks izvērsta tālāk).

AD9833: integrēta funkciju ģeneratora shēma ir dizaina centrālā daļa, ko kontrolē, izmantojot SPI saskarni, ar iespēju ģenerēt kvadrātveida/sinusa/trīsstūra viļņus ar frekvences modulācijas iespēju. Tā kā AD9833 nevar mainīt izejas signāla amplitūdu, esmu izmantojis digitālo 8 bitu potenciometru kā sprieguma dalītāju ierīces izejas galapunktā (tiks aprakstīts turpmākajos soļos).

Displejs: ir pamata 16x2 LCD, kas, iespējams, ir populārākais šķidro kristālu displejs starp Arduino lietotājiem. Lai samazinātu enerģijas patēriņu, ir iespēja pielāgot LCD apgaismojumu, izmantojot PWM signālu no Arduino iepriekš definētās "analogās" tapas.

Pēc šī īsa ievada mēs varam turpināt būvniecības procesu.

2. solis: detaļas un instrumenti

1: elektroniskās detaļas:

1.1. Integrētie moduļi:

• Arduino Nano dēlis
• 1602A - vispārējs šķidro kristālu displejs
• CJMCU - AD9833 Funkciju ģeneratora modulis
• TP4056 - litija jonu akumulatora lādētāja modulis
• DC-DC Step-Up pārveidotāja modulis: 1,5V-3V līdz 5V pārveidotājs

1.2. Integrētās shēmas:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT relejs
• X9C104P - 8 bitu 100KOhm digitālais potenciometrs
• EC11 - Rotējošais kodētājs ar SPST slēdzi
• 2 x 2N2222A - NPN universāls BJT

1.3. Pasīvās un neklasificētās daļas:

• 2 x 0.1uF -keramikas kondensatori
• 2 x 100uF - elektrolītiskie kondensatori
• 2 x 10uF - elektrolītiskie kondensatori
• 3 x 10KOhm rezistori
• 2 x 1,3KOhm rezistori
• 1 x 1N4007 taisngrieža diode
• 1 x SPDT pārslēgšanas slēdzis

1.4: Savienotāji:

• 3 x 4 kontaktu JST 2,54 mm piķa savienotāji
• 3 x 2-pin JST 2.54mm piķa savienotāji
• 1 x RCA kontaktligzdas savienotājs

2: mehāniskās detaļas:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm plastmasas korpuss
• 6 x KA-2mm pievilkšanas skrūves
• 4 x KA-8mm urbšanas skrūves
• 1 x kodētāja poga (vāciņš)
• 1 x 8 cm x 5 cm prototipa dēlis

3. Instrumenti un programmatūra:

• Lodēšanas stacija/gludeklis
• Elektriskais skrūvgriezis
• Daudzu izmēru slīpēšanas faili
• Ass nazis
• Urbji
• Skrūvgriežu uzgaļi
• Karstās līmes pistole
• Mini-USB kabelis
• Arduino IDE
• Suports/lineāls

3. darbība: shematisks skaidrojums

Lai vienkāršāk izprastu shematisko diagrammu, apraksts ir sadalīts apakšshēmās, bet katra apakšshēma ir atbildīga par katru projektēšanas bloku:

1. Arduino Nano ķēde:

Arduino Nano modulis darbojas kā mūsu ierīces "galvenais prāts". Tas kontrolē visus ierīces perifērijas moduļus gan digitālā, gan analogā darbības režīmā. Tā kā šim modulim ir savs mini-USB ieejas savienotājs, tas tiks izmantots gan kā barošanas avots, gan kā programmēšanas saskarnes ieeja. Tāpēc J1 - mini -USB savienotājs ir atdalīts no Arduino Nano (U4) shematiskā simbola.

Pastāv iespēja izmantot īpašas analogās tapas (A0.. A5) kā vispārējas nozīmes I/O, tāpēc dažas tapas tiek izmantotas kā digitālā izeja, sazinoties ar LCD un maiņstrāvas/maiņstrāvas savienojuma izvēli. Analogās tapas A6 un A7 ir speciālas analogās ieejas tapas, un tās var izmantot tikai kā ADC ieejas, pateicoties Arduino Nano mikrokontrollera ATMEGA328P TQFP pakotnei, kā tas bija noteikts datu lapā. Ievērojiet, ka akumulatora sprieguma līnija VBAT ir pievienota analogās ieejas tapai A7, jo mums ir jānosaka tā vērtība, lai noteiktu litija jonu akumulatora sprieguma zemo stāvokli.

2. Barošanas avots:

Barošanas ķēdes pamatā ir visas ierīces barošana, izmantojot 3,7 V litija jonu akumulatoru, kas pārveidots par 5 V. SW1 ir SPST pārslēgšanas slēdzis, kas kontrolē strāvas plūsmu visā ķēdē. Kā redzams no shēmām, ja ārējais barošanas avots ir pievienots, izmantojot Arduino Nano moduļa mikro-USB savienotāju, akumulators tiek uzlādēts, izmantojot TP4056 moduli. Pārliecinieties, ka ķēdē ir vairāku vērtību apvedceļa kondensatori, jo uz zemes ir līdzstrāvas līdzstrāvas pastiprinātāja pārslēgšanas troksnis un visas ķēdes 5V potenciāls.

3. AD9833 un izvade:

Šī apakšshēma nodrošina atbilstošu izejas viļņu formu, ko nosaka AD9833 modulis (U1). Tā kā ierīcē ir tikai viens barošanas avots (5V), izejas kaskādei jāpievieno sakabes izvēles ķēde. C1 kondensators ir sērijveidā pievienots amplitūdas izvēles posmam, un to var apklusināt, izmantojot releja induktora piedziņas strāvu, tādējādi padarot izejas signālu izsekojamu līdz izejas pakāpei. C1 vērtība ir 10uF, pietiek ar to, ka pat zemu frekvenču viļņu forma iziet cauri kondensatoram, neizkropļojoties, un to ietekmē tikai līdzstrāvas noņemšana. Q1 tiek izmantots kā vienkāršs BJT slēdzis, ko izmanto, lai vadītu strāvu caur releja induktoru. Pārliecinieties, vai diode ir pievienota reversā sadalījumā releja induktoram, lai izvairītos no sprieguma palielināšanās, kas var sabojāt ierīces ķēdi.

Pēdējais, bet ne mazāk svarīgais posms ir amplitūdas izvēle. U6 ir 8 bitu digitālais potenciometrs IC, kas darbojas kā sprieguma dalītājs noteiktai izejas viļņu formai. X9C104P ir 100KOhm digitālais potenciometrs ar ļoti vienkāršu stikla tīrītāja pozīcijas regulēšanu: 3 kontaktu digitālās ieejas, lai pielāgotu tīrītāja palielināšanas/samazināšanas pozīciju.

4. LCD:

16x2 šķidro kristālu displejs ir grafisks interfeiss starp lietotāju un ierīces shēmu. Lai samazinātu enerģijas patēriņu, LCD fona apgaismojuma katoda tapa ir savienota ar Q2 BJT, kas savienots kā slēdzis, ko kontrolē PWM signāls, ko vada Arduino analogWrite spēja (tiks aprakstīts Arduino koda solī).

5. Kodētājs:

Kodētāja ķēde ir vadības saskarne, kas nosaka visas ierīces darbību. U9 sastāv no kodētāja un SPST slēdža, tāpēc projektam nav jāpievieno papildu pogas. Kodētāja un slēdža tapas jāizvelk ar ārējiem 10KOhm rezistoriem, bet to var arī definēt, izmantojot kodu. Ieteicams pievienot 0,1uF kondensatorus paralēli kodētāja A un B tapām, lai izvairītos no atsitiena šajās ievades līnijās.

6. JST savienotāji:

Visas ierīces ārējās daļas ir savienotas, izmantojot JST savienotājus, tādējādi padarot ierīci daudz ērtāku salikt, turklāt papildu funkcija samazina vietu kļūdu veidošanas procesā. Savienotāju kartēšana tiek veikta šādi:

• J3, J4: LCD
• J5: Kodētājs
• J6: akumulators
• J7: SPST pārslēgšanas slēdzis
• J8: RCA izejas savienotājs

4. solis: lodēšana

Šī projekta modulārā dizaina dēļ lodēšanas solis kļūst vienkāršs:

A. Pamatplates lodēšana:

1. Pirmkārt, ir jāapgriež tāfeles prototips līdz vēlamajiem korpusa izmēriem.

2. Lodēšana Arduino Nano modulis un tā sākotnējās darbības pārbaude.

3. Lodēšanas barošanas ķēde un visu sprieguma vērtību pārbaude atbilst ierīces prasībām.

4. Lodēšanas AD9833 modulis ar visām perifērijas shēmām.

5. Visu JST savienotāju lodēšana.

B. Ārējās sastāvdaļas:

1. Lodēt JST vīriešu savienotāja vadus pie LCD tapām TIEŠĀ secībā, kā bija plānots uz pamatplates.

2. Lodēt JST vīriešu savienotāja vadus pie kodētāja līdzīgi kā iepriekšējā solī

3. Lodēšanas pārslēgšanas slēdzis uz JST vadiem.

4. JST vadu lodēšana pie akumulatora (ja tas vispār ir nepieciešams. Dažas eBay pieejamās litija jonu baterijas ir iepriekš lodētas ar savu JST savienotāju).

5. darbība: korpuss un montāža

Kad visa lodēšana ir pabeigta, mēs varam turpināt ierīces montāžas secību:

1. Padomājiet par ierīces ārējo detaļu izvietojumu: manā gadījumā es labprātāk ievietoju kodētāju zem LCD, kad pārslēgšanas slēdzis un RCA savienotājs ir novietoti korpusa kastes atsevišķās pusēs.

2. LCD rāmja sagatavošana: izlemiet, kur ierīcē tiks novietots LCD, pārliecinieties, vai tas tiks novietots pareizajā virzienā, man vairākas reizes gadījās, ka pēc visa griešanas procesa pabeigšanas LCD tika apgriezts vertikāli, runājot par to. ir skumji, jo LCD rāmis ir jāpārkārto.

Pēc rāmja izvēles urbiet vairākus caurumus visa rāmja perimetrā. Noņemiet visus nevēlamos plastmasas griezumus ar slīpēšanas failu.

Ievietojiet LCD no iekšpuses un atrodiet korpusa skrūvju punktus. Izurbiet caurumus ar atbilstoša diametra urbjiem. Ievietojiet izvilktās skrūves un pievelciet uzgriežņus priekšējā paneļa iekšpusē.

3. Kodētājs: uz iepakojuma ir tikai viena rotējoša daļa. Izurbiet laukumu atbilstoši kodētāja rotējošā stiprinājuma diametram. Ievietojiet to no iekšpuses, piestipriniet ar karstu līmes pistoli. Uzlieciet vāciņu uz rotējošā stiprinājuma.

4. Pārslēgšanas slēdzis: izvēlieties slēdža šūpoles izmērus, lai to varētu brīvi pavilkt uz leju vai uz augšu. Ja pārslēgšanas slēdzim ir skrūvju punkti, urbiet atbilstošās vietas korpusā, pretējā gadījumā to var piestiprināt ar karstu līmes pistoli.

5. RCA izejas savienotājs: urbiet atbilstoša diametra caurumu RCA izejas savienotājam korpusa sānu apakšējā pusē. Piestipriniet to ar karstu līmes pistoli.

6. Pamatplate un akumulators: ievietojiet litija jonu akumulatoru korpusa apakšējā pusē. Akumulatoru var piestiprināt ar karstu līmes pistoli. Pamatplatei vajadzētu urbt četrās vietās 4 skrūvēm katrā pamatplates stūrī. Pārliecinieties, vai Arduino mini-USB ieeja ir pēc iespējas tuvāk korpusa robežai (mums tas būs jāizmanto uzlādes un programmēšanas nolūkos).

7. Mini-USB: nogrieziet vēlamo laukumu Arduino Nano mikro-USB ar slīpēšanas failu, tādējādi ļaujot ierīcei pievienot ārēju barošanas avotu/datoru, kad tas ir pilnībā samontēts.

8. Noslēgums: savienojiet visus JST savienotājus, pievienojiet abas korpusa daļas ar četrām 8 mm skrūvēm katrā korpusa stūrī.

6. darbība: Arduino kods

Pievienotais kods ir pilnīgs ierīces kods, kas nepieciešams pilnīgai ierīces darbībai. Viss nepieciešamais paskaidrojums ir pievienots komentāru sadaļās koda iekšpusē.

7. solis: galīgā pārbaude

Mūsu ierīce ir gatava lietošanai. mini-USB savienotājs darbojas gan kā programmētāja ieeja, gan kā ārējā lādētāja ieeja, tāpēc ierīci var ieprogrammēt, kad tā ir pilnībā samontēta.

Ceru, ka jums noderēs šī pamācība, Paldies, ka izlasījāt!;)