Generator de funcții portabil pe Arduino: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Generatorul de funcții este un instrument foarte util, mai ales atunci când ne gândim să testăm răspunsul circuitului nostru la un anumit semnal. În acest instructable voi descrie secvența de construcție a unui generator de funcții portabil mic, ușor de utilizat.

Caracteristicile proiectului:

• Control complet digital: Nu este nevoie de componente analogice pasive.
• Proiectare modulară: Fiecare subcircuit este un modul predefinit ușor de utilizat.
• Frecvența de ieșire: Gama disponibilă de la 0Hz la 10MHz.
• Control simplu: codificator rotativ unic cu buton încorporat.
• Baterie Li-ion pentru utilizare portabilă, cu capacitate de încărcare externă.
• Cuplaj AC și DC pentru forma de undă de ieșire.
• Control al luminozității LCD pentru reducerea consumului de energie.
• Indicator de încărcare a bateriei.
• Control digital al amplitudinii.
• Trei forme de undă disponibile: sinusoidal, triunghi și pătrat.

Pasul 1: Ideea

Există o mulțime de circuite care necesită unele echipamente de testare pentru a obține informații despre răspunsul circuitului la o anumită formă de undă. Acest proiect se bazează pe Arduino (Arduino Nano în acest caz), cu o baterie de 3.7V litiu-ion ca sursă de energie, făcând astfel dispozitivul portabil. Se știe că placa Arduino Nano necesită 5V ca sursă de alimentare, astfel încât designul electronic conține un convertor DC-DC care convertește tensiunea bateriei de 3,7 V la 5V necesară pentru alimentarea Arduino. Astfel, acest proiect este ușor de construit, complet modular, cu o diagramă schematică relativ simplă.

Alimentarea plăcii: Dispozitivul are un singur conector mini-USB care primește 5V de la sursa de alimentare externă, care poate fi fie PC, fie încărcător USB extern. circuitul a fost conceput astfel încât atunci când sursa de 5V DC este conectată, bateria Li-ion este încărcată de modulul încărcător TP4056 care este atașat la circuitul de alimentare (Subiectul va fi extins în continuare în pașii următori).

AD9833: circuitul generator de funcții integrate este o parte centrală a designului, controlat prin interfața SPI cu capacitatea de a genera unde pătrate / sinusoidale / triunghiulare cu opțiunea de modulare a frecvenței. Deoarece AD9833 nu are capacitatea de a modifica amplitudinea semnalului de ieșire, am folosit un potențiometru digital pe 8 biți ca divizor de tensiune la punctul final de ieșire al dispozitivului (va fi descris în pași suplimentari).

Afișaj: este ecranul LCD de bază de 16x2, care este probabil cel mai popular ecran cu cristale lichide în rândul utilizatorilor Arduino. Pentru a reduce consumul de energie, există o opțiune de a regla lumina de fundal LCD prin semnalul PWM de la pinul „analog” predefinit Arduino.

După această scurtă introducere, putem trece la procesul de construcție.

Pasul 2: Piese și instrumente

1: Piese electronice:

1.1: Module integrate:

• Placa Arduino Nano
• 1602A - Afișaj generic cu cristale lichide
• CJMCU - AD9833 Modul generator de funcții
• TP4056 - Modul încărcător de baterii Li-ion
• Modul de acoperire DC-DC Step-Up: convertor de 1,5V-3V la 5V

1.2: Circuite integrate:

• SRD = 05VDC - releu SPDT 5V
• X9C104P - Potențiometru digital pe 8 biți 100KOhm
• EC11 - Codificator rotativ cu comutator SPST
• 2 x 2N2222A - NPN scop general BJT

1.3: Părți pasive și neclasificate:

• 2 x 0.1uF -Condensatoare ceramice
• 2 x 100uF - Condensatoare electrolitice
• 2 x 10uF - Condensatoare electrolitice
• 3 x rezistențe 10KOhm
• 2 rezistențe de 1,3KOhm
• 1 x 1N4007 Diodă redresoare
• 1 x SPDT Comutator de comutare

1.4: Conectori:

• 3 conectori cu pas JST de 2,54 mm cu 4 pini
• 3 conectori cu 2 pini JST de 2,54 mm
• 1 x conector RCA

2: Piese mecanice:

• 1 x 12,5cm x 8cm x 3,2cm Carcasă din plastic
• 6 x șuruburi de tragere KA-2mm
• 4 șuruburi de găurire KA-8mm
• 1 x buton codificator (capac)
• 1 x 8cm x 5cm Placă prototip

3. Instrumente și software:

• Stație de lipit / fier de călcat
• Șurubelniță electrică
• Fisa de macinare de numeroase dimensiuni
• Cuțit ascuțit
• Capete de burghiu
• Biți de șurubelniță
• Pistol de lipit fierbinte
• Cablu mini-USB
• IDE Arduino
• Etrier / rigla

Pasul 3: explicație schematică

Pentru a face mai ușoară înțelegerea schemei, descrierea este împărțită în sub-circuite, în timp ce fiecare subcircuit are responsabilitatea pentru fiecare bloc de proiectare:

1. Arduino Nano Circuit:

Modulul Arduino Nano acționează ca un „creier principal” pentru dispozitivul nostru. Controlează toate modulele periferice de pe dispozitiv, atât în moduri de operare digitale, cât și analogice. Deoarece acest modul are propriul conector de intrare mini-USB, acesta va fi utilizat atât ca intrare de alimentare cât și ca intrare de interfață de programare. Din această cauză, J1 - conectorul mini-USB este detașat de simbolul schematic al Arduino Nano (U4).

Există o opțiune pentru utilizarea pinilor analogici dedicați (A0.. A5) ca I / O de uz general, astfel încât unii dintre pinii sunt folosiți ca ieșire digitală, comunicând cu cuplajele LCD și AC / DC selectați ieșirea dispozitivului. Pinii analogici A6 și A7 sunt pini de intrare analogici dedicați și pot fi folosiți doar ca intrări ADC, datorită pachetului de microcontroler Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, așa cum a fost definit în fișa tehnică. Observați că linia de tensiune a bateriei VBAT este atașată pinului de intrare analogic A7, deoarece trebuie să obținem valoarea acesteia pentru a determina starea bateriei scăzute a tensiunii bateriei Li-ion.

2. Sursa de alimentare:

Circuitul de alimentare se bazează pe alimentarea întregului dispozitiv prin baterie Li-ion 3.7V convertită la 5V. SW1 este un comutator SPST care controlează fluxul de energie pe întregul circuit. După cum se poate vedea din schemă, atunci când sursa de alimentare externă este conectată prin conectorul micro-USB al modulului Arduino Nano, bateria se încarcă prin modulul TP4056. Asigurați-vă că condensatorii de bypass cu mai multe valori sunt prezenți pe circuit, deoarece există un zgomot de comutare a convertorului de impuls DC-DC la sol și potențialele de 5V ale întregului circuit.

3. AD9833 și ieșire:

Acest subcircuit oferă o formă de undă de ieșire adecvată, definită de modulul AD9833 (U1). Deoarece există doar o singură sursă de alimentare pe dispozitiv (5V), este necesar să atașați circuitul de selectare a cuplajului la cascada de ieșire. Condensatorul C1 este conectat în serie la etapa de selecție a amplitudinii și poate fi redus la tăcere prin intermediul curentului de conducere pe inductorul releului, făcând astfel semnalul de ieșire trasat direct la etapa de ieșire. C1 are o valoare de 10uF, este suficient ca forma de undă chiar și a frecvențelor joase să treacă prin condensator fără a fi distorsionată, afectată doar de îndepărtarea CC. Q1 este utilizat ca simplu comutator BJT utilizat pentru a conduce curent prin inductorul releului. Asigurați-vă că dioda este conectată într-o alocare inversă la inductorul releului, pentru a evita vârfurile de tensiune care pot deteriora circuitele dispozitivului.

Nu în ultimul rând, etapa este selectarea amplitudinii. U6 este un IC cu potențiometru digital pe 8 biți, care acționează ca divizor de tensiune pentru o anumită formă de undă de ieșire. X9C104P este un potențiometru digital de 100KOhm cu reglare foarte simplă a poziției ștergătorului: intrări digitale cu 3 pini pentru reglarea poziției ștergătorului de creștere / descreștere.

4. LCD:

Afișajul cu cristale lichide 16x2 este o interfață grafică între utilizator și circuitele dispozitivului. Pentru a reduce consumul de energie, pinul catodic de iluminare LCD este conectat la Q2 BJT conectat ca comutator, controlat de semnalul PWM acționat de abilitatea Arduino analogWrite (Va fi descris în pasul codului Arduino).

5. Codificator:

Circuitul codificator este o interfață de control, care definește funcționarea întregului dispozitiv. U9 constă din codificator și un comutator SPST, deci nu este nevoie să adăugați butoane suplimentare la proiect. Codificatorul și pinii comutatorului ar trebui să fie ridicați de un rezistență externă de 10KOhm, dar poate fi definit și prin cod. Este recomandat să adăugați condensatori 0.1uF în paralel cu codorii A și B, pentru a evita săriți pe aceste linii de intrare.

6. Conectori JST:

Toate părțile externe ale dispozitivului sunt conectate prin conectori JST, făcând astfel mult mai convenabil asamblarea dispozitivului, cu o caracteristică suplimentară de reducere a locului pentru greșeli în timpul procesului de construcție. Cartarea conectorilor se face în acest fel:

• J3, J4: LCD
• J5: Codificator
• J6: Baterie
• J7: comutator SPST
• J8: conector de ieșire RCA

Pasul 4: lipire

Datorită designului modular al acestui proiect, etapa de lipire devine simplă:

A. lipirea plăcii principale:

1. În primul rând, este necesar să decupați placa prototip la dimensiunile dorite ale incintei.

2. Lipirea modulului Arduino Nano și testarea funcționării sale inițiale.

3. Circuitul de alimentare cu lipire și verificarea tuturor valorilor de tensiune corespund cerințelor dispozitivului.

4. Modul de lipit AD9833 cu toate circuitele periferice.

5. Lipirea tuturor conectorilor JST.

B. Componente externe:

1. Sudarea cablurilor conectorului tată JST la pinii LCD în ordinea EXACT așa cum au fost planificate pe placa principală.

2. Conexiunile de conectare a conectorului JST Male la codificator sunt similare cu pasul anterior

3. Comutatorul de comutare a lipirii pe firele JST.

4. Lipirea firelor JST la baterie (Dacă este absolut necesar. Unele dintre bateriile Li-ion disponibile pe eBay sunt pre-lipite cu propriul conector JST).

Pasul 5: incintă și asamblare

După terminarea lipirii, putem trece la secvența de asamblare a dispozitivului:

1. Gândiți-vă la plasarea pieselor externe ale dispozitivului: În cazul meu, am preferat să plasez codificatorul sub ecranul LCD, când comutatorul de comutare și conectorul RCA sunt amplasate pe laturile separate ale cutiei carcasei.

2. Pregătirea cadrului LCD: decideți unde va fi amplasat ecranul LCD pe dispozitiv, asigurați-vă că va fi așezat în direcția corectă, mi s-a întâmplat de câteva ori că după ce am terminat tot procesul de tăiere, LCD a fost inversat vertical, vorbind despre care este trist, pentru că este nevoie să rearanjați cadrul LCD.

După selectarea cadrului, găuriți câteva găuri pe perimetrul întregului cadru. Îndepărtați toate tăieturile de plastic nedorite cu pila de măcinat.

Introduceți ecranul LCD din interior și localizați punctele șuruburilor de pe carcasă. Găuriți găuri cu un burghiu cu diametrul adecvat. Introduceți șuruburile trase și fixați piulițele pe partea interioară a panoului frontal.

3. Codificator: are o singură parte rotativă pe pachet. Forează zona în funcție de diametrul atașamentului rotativ al codificatorului. Introduceți-l din interior, fixați-l cu un pistol de adeziv fierbinte. Așezați un capac pe accesoriul rotativ.

4. Comutator de comutare: decideți dimensiunile comutatorului de comutare, astfel încât acesta să poată fi tras în jos sau în sus liber. Dacă aveți puncte de înșurubare pe comutatorul de comutare, găuriți zonele corespunzătoare de pe carcasă, altfel îl puteți fixa cu un pistol de adeziv fierbinte.

5. Conector de ieșire RCA: Găuriți un orificiu cu diametrul adecvat pentru conectorul de ieșire RCA de pe partea laterală-inferioară a carcasei. Fixați-l cu pistolul de lipit fierbinte.

6. Placă principală și baterie: plasați bateria Li-ion pe partea inferioară a carcasei. Bateria poate fi fixată cu un pistol de adeziv fierbinte. Placa principală trebuie să fie găurită în patru locuri pentru 4 șuruburi pe fiecare colț al plăcii principale. Asigurați-vă că intrarea mini-USB Arduino este cât mai aproape de limita incintei (va trebui să o folosim pentru încărcare și programare).

7. Mini-USB: tăiați zona dorită pentru micro-USB Arduino Nano cu un fișier de măcinare, făcând astfel posibilă conectarea sursei de alimentare externe / PC la dispozitiv atunci când este asamblat complet.

8. Final: Conectați toți conectorii JST, atașați ambele părți ale carcasei cu patru șuruburi de 8 mm pe fiecare colț al carcasei.

Pasul 6: Codul Arduino

Codul atașat este codul complet al dispozitivului necesar pentru funcționarea completă a dispozitivului. Toate explicațiile necesare sunt atașate la secțiunile de comentarii din interiorul codului.

Pasul 7: Testarea finală

Dispozitivul nostru este gata de utilizare. conectorul mini-USB acționează atât ca intrare de programare, cât și ca intrare externă a încărcătorului, astfel încât dispozitivul poate fi programat atunci când este complet asamblat.

Sper că veți găsi acest lucru util, Mulțumesc pentru lectură!;)