Přenosný generátor funkcí na Arduinu: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Generátor funkcí je velmi užitečný nástroj, zvláště když zvažujeme testování reakce našeho obvodu na určitý signál. V tomto návodu popíšu postupnost sestavení malého, snadno použitelného, přenosného generátoru funkcí.

Vlastnosti projektu:

• Plně digitální ovládání: Pasivní analogové komponenty nejsou potřeba.
• Modulární konstrukce: Každý dílčí obvod je předem definovaný snadno použitelný modul.
• Výstupní frekvence: Dostupný rozsah od 0 Hz do 10 MHz.
• Jednoduché ovládání: Jeden rotační kodér s integrovaným tlačítkem.
• Li-ion baterie pro přenosné použití, s možností externího nabíjení.
• AC a DC vazba pro výstupní průběh.
• Ovládání jasu LCD pro snížení spotřeby energie.
• Indikátor nabití baterie.
• Digitální ovládání amplitudy.
• Tři dostupné průběhy: sinus, trojúhelník a čtverec.

Krok 1: Idea

Existuje mnoho obvodů, které vyžadují nějaké testovací zařízení, aby získaly informace o reakci obvodu na určitý průběh. Tento projekt vychází z Arduina (v tomto případě Arduino Nano), s 3,7 V lithium-iontovou baterií jako zdrojem energie, díky čemuž je zařízení přenosné. Je známo, že deska Arduino Nano vyžaduje jako napájecí zdroj 5 V, takže elektronická konstrukce obsahuje převodník DC-DC boost, který převádí napětí 3,7 V na 5 V potřebné pro napájení Arduina. Tento projekt je tedy snadno sestavitelný, zcela modulární, s relativně jednoduchým schematickým diagramem.

Napájení desky: Zařízení má jeden mini-USB konektor, který přijímá 5 V z externího napájecího zdroje, což může být počítač nebo externí USB nabíječka. obvod navržený tak, že když je připojen zdroj 5 V DC, Li-ion baterie se nabíjí nabíjecím modulem TP4056, který je připojen k napájecím obvodům (téma bude dále rozšířeno v následujících krocích).

AD9833: obvod generátoru integrovaných funkcí je ústřední součástí návrhu, ovládaný přes rozhraní SPI se schopností generovat čtvercovou/sinusovou/trojúhelníkovou vlnu s možností frekvenční modulace. Protože AD9833 nemá schopnost měnit amplitudu výstupního signálu, použil jsem digitální 8bitový potenciometr jako dělič napětí ve výstupním koncovém bodě zařízení (bude popsáno v dalších krocích).

Displej: je základní 16x2 LCD, což je pravděpodobně nejoblíbenější displej z tekutých krystalů mezi uživateli Arduina. Aby se snížila spotřeba energie, existuje možnost upravit podsvícení LCD pomocí signálu PWM z předem definovaného „analogového“pinu Arduino.

Po tomto krátkém úvodu můžeme přistoupit k procesu stavby.

Krok 2: Díly a nástroje

1: Elektronické součástky:

1.1: Integrované moduly:

• Deska Arduino Nano
• 1602A - Obecný displej z tekutých krystalů
• CJMCU - AD9833 Modul generátoru funkcí
• TP4056 - modul nabíječky Li -ion baterií
• Krycí modul DC-DC Step-Up: Převodník 1,5V-3V na 5V

1.2: Integrované obvody:

• SRD = 05VDC - 5V relé SPDT
• X9C104P - 8bitový digitální potenciometr 100 KOhm
• EC11 - Rotační kodér s přepínačem SPST
• 2 x 2N2222A - NPN pro všeobecné použití BJT

1.3: Pasivní a nezařazené části:

• 2 x 0,1uF -keramické kondenzátory
• 2 x 100uF - elektrolytické kondenzátory
• 2 x 10uF - elektrolytické kondenzátory
• Rezistory 3 x 10 KOhm
• 2 x 1,3 KOhm rezistory
• 1 x 1N4007 Usměrňovací dioda
• 1 x SPDT Přepínač

1.4: Konektory:

• 3 x 4kolíkové konektory JST s roztečí 2,54 mm
• 3 x 2kolíkové konektory JST s roztečí 2,54 mm
• 1 x konektor RCA Zásuvka

2: Mechanické části:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm plastové pouzdro
• 6 x KA-2mm stahovací šrouby
• 4 x vrtací šrouby KA-8 mm
• 1 x knoflík kodéru (víčko)
• Prototypová deska 1 x 8 cm x 5 cm

3. Nástroje a software:

• Pájecí stanice/žehlička
• Elektrický šroubovák
• Brusné pilníky mnoha velikostí
• Ostrý nůž
• Vrtáky
• Bity šroubováků
• Horká lepicí pistole
• Mini-USB kabel
• Arduino IDE
• Třmen/pravítko

Krok 3: Vysvětlení schémat

Aby bylo snazší porozumět schematickému diagramu, je popis rozdělen na dílčí obvody, přičemž každý dílčí obvod nese odpovědnost za každý návrhový blok:

1. Arduino Nano obvod:

Modul Arduino Nano funguje jako „hlavní mozek“pro naše zařízení. Řídí všechny periferní moduly na zařízení, v digitálním i analogovém provozním režimu. Protože tento modul má vlastní vstupní konektor mini-USB, bude použit jak jako napájecí zdroj, tak i jako vstup programovacího rozhraní. Z tohoto důvodu je J1 - konektor mini USB odpojen od schematického symbolu Arduino Nano (U4).

Existuje možnost použití vyhrazených analogových pinů (A0.. A5) jako obecných I/O, takže některé z pinů jsou použity jako digitální výstup, komunikující s LCD a AC/DC spojkou vyberte výstup zařízení. Analogové piny A6 a A7 jsou vyhrazené analogové vstupní piny a lze je použít pouze jako vstupy ADC, a to díky mikrokontroléru Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, jak bylo definováno v datovém listu. Všimněte si, že napětí VBAT na baterii je připojeno k analogovému vstupnímu pinu A7, protože potřebujeme získat jeho hodnotu, abychom mohli určit stav nízkého napětí baterie Li-ion baterie.

2. Napájení:

Napájecí obvod je založen na napájení celého zařízení pomocí Li-ion baterie 3,7 V převedené na 5 V. SW1 je přepínač SPST, který řídí tok energie v celém obvodu. Jak je patrné ze schémat, když je externí napájení připojeno přes konektor micro-USB modulu Arduino Nano, baterie se nabíjí přes modul TP4056. Ujistěte se, že v obvodu jsou přítomny obtokové kondenzátory několika hodnot, protože je zde šum přepínání DC-DC měniče na zemi a 5V potenciály celého obvodu.

3. AD9833 a výstup:

Tento subobvod poskytuje vhodný výstupní průběh, definovaný modulem AD9833 (U1). Protože na zařízení je pouze jeden napájecí zdroj (5 V), je nutné k výstupní kaskádě připojit spojovací výběrový obvod. Kondenzátor C1 je sériově zapojen do stupně výběru amplitudy a lze jej ztišit budícím proudem na reléovém induktoru, čímž je výstupní signál sledován přímo do koncového stupně. C1 má hodnotu 10uF, což je dostačující na to, aby průběh vlny i nízkých frekvencí prošel kondenzátorem bez zkreslení, ovlivněn pouze odstraněním DC. Q1 se používá jako jednoduchý BJT spínač používaný k pohonu proudu přes induktor relé. Ujistěte se, že je dioda připojena v reverzní alokaci k reléové cívce, aby se zabránilo špičkám napětí, které mohou poškodit obvody zařízení.

V neposlední řadě je fází výběr amplitudy. U6 je 8bitový digitální potenciometr IC, který funguje jako dělič napětí pro daný výstupní průběh. X9C104P je digitální potenciometr 100 KOhm s velmi jednoduchým nastavením polohy stěrače: 3pinové digitální vstupy pro nastavení polohy stírání přírůstku/úbytku.

4. LCD:

Displej z tekutých krystalů 16x2 je grafické rozhraní mezi uživatelem a obvody zařízení. Aby se snížila spotřeba energie, je katodový pin podsvícení LCD připojen k Q2 BJT připojenému jako přepínač, ovládaný signálem PWM řízeným schopností Arduino analogWrite (bude popsáno v kroku kódu Arduino).

5. Kodér:

Obvod kodéru je řídicí rozhraní, definující provoz celého zařízení. U9 se skládá z kodéru a přepínače SPST, takže do projektu není třeba přidávat další tlačítka. Piny kodéru a spínače by měly být vytaženy externími odpory 10 KOhm, ale lze je také definovat pomocí kódu. Doporučuje se paralelně k pinům kodéru A a B přidat kondenzátory 0,1 uF, aby se zabránilo odskakování na těchto vstupních linkách.

6. Konektory JST:

Všechny vnější části zařízení jsou připojeny pomocí konektorů JST, což činí montáž zařízení mnohem pohodlnější s dodatečnou funkcí zmenšení místa pro chyby během procesu stavby. Mapování konektorů se provádí tímto způsobem:

• J3, J4: LCD
• J5: Kodér
• J6: Baterie
• J7: Přepínač SPST
• J8: výstupní konektor RCA

Krok 4: Pájení

Díky modulární konstrukci tohoto projektu je krok pájení jednoduchý:

A. Pájení základní desky:

1. Nejprve je třeba oříznout prototypovou desku na velikost požadovaných rozměrů skříně.

2. Pájení modulu Arduino Nano a testování jeho počátečního provozu.

3. Pájecí obvod napájecího zdroje a kontrola všech hodnot napětí odpovídá požadavkům zařízení.

4. Pájení modulu AD9833 se všemi periferními obvody.

5. Pájení všech konektorů JST.

Externí komponenty:

1. Pájení vodičů mužského konektoru JST k pinům LCD v PŘESNÉM pořadí, jak bylo plánováno na hlavní desce.

2. Pájení vodičů konektoru JST Male ke kodéru podobně jako v předchozím kroku

3. Přepínač pájení na vodiče JST.

4. Pájení vodičů JST k baterii (Pokud je to vůbec potřeba. Některé Li-ion baterie dostupné na eBay jsou předpájeny s vlastním konektorem JST).

Krok 5: Příloha a montáž

Jakmile je pájení hotové, můžeme přistoupit k sekvenci montáže zařízení:

1. Zamyslete se nad umístěním vnějších částí zařízení: V mém případě jsem raději umístil kodér pod LCD, když jsou přepínače a konektor RCA umístěny na samostatných stranách skříně skříně.

2. Příprava rámečku LCD: Rozhodněte, kde bude LCD umístěn na zařízení, ujistěte se, že bude umístěn správným směrem. Několikrát se mi stalo, že poté, co jsem dokončil celý proces řezání, byl LCD vertikálně převrácen. je smutné, protože je třeba znovu uspořádat rámeček LCD.

Po výběru rámečku vyvrtejte několik otvorů na obvodu celého rámu. Odstraňte všechny nežádoucí plastové řezy brusným pilníkem.

Vložte LCD zevnitř a najděte body šroubů na krytu. Vyvrtejte otvory vrtáky vhodného průměru. Na vnitřní stranu předního panelu vložte utažené šrouby a upevňovací matice.

3. Kodér: má na obalu pouze jednu rotační část. Vyvrtejte oblast podle průměru rotačního nástavce kodéru. Vložte jej zevnitř, upevněte horkou lepicí pistolí. Na otočný nástavec nasaďte víčko.

4. Přepínač: rozhodněte o rozměrech výkyvu přepínače, aby jej bylo možné volně stáhnout nebo stáhnout. Pokud máte na přepínacím spínači šroubovací body, vyvrtejte na krytu příslušná místa, v opačném případě jej můžete upevnit horkou lepicí pistolí.

5. Výstupní konektor RCA: Vyvrtejte otvor s odpovídajícím průměrem pro výstupní konektor RCA na boční spodní straně skříně. Upevněte ho horkou lepicí pistolí.

6. Základní deska a baterie: Umístěte Li-ion baterii na spodní stranu krytu. Baterii lze upevnit horkou lepicí pistolí. Hlavní deska by měla být vyvrtána na čtyřech místech pro 4 šrouby v každém rohu hlavní desky. Ujistěte se, že vstup Arduino mini-USB je co nejblíže hranici skříně (budeme ji muset použít pro účely nabíjení a programování).

7. Mini-USB: odřízněte požadovanou oblast pro mikro USB USB Arduino Nano brusným pilníkem, což umožňuje připojit externí napájecí zdroj/PC k zařízení, když je kompletně sestaveno.

8. Závěr: Připojte všechny konektory JST, obě části skříně připevněte čtyřmi šrouby o průměru 8 mm v každém rohu skříně.

Krok 6: Kód Arduino

Připojený kód je kompletní kód zařízení, který je potřebný pro kompletní provoz zařízení. Všechna potřebná vysvětlení jsou přiložena v sekci komentáře uvnitř kódu.

Krok 7: Závěrečné testování

Naše zařízení máme připravené k použití. konektor mini-USB funguje jako vstup programátoru i jako vstup externí nabíječky, takže zařízení lze programovat, když je kompletně sestaveno.

Doufám, že tento návod bude užitečný, Děkuji za přečtení!;)