Kannettava toimintogeneraattori Arduinossa: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Toimintogeneraattori on erittäin hyödyllinen työkalu, varsinkin kun harkitsemme piirimme vasteen testaamista tiettyyn signaaliin. Tässä ohjeessa kuvaan pienen, helppokäyttöisen, kannettavan toimintogeneraattorin rakennusjärjestystä.

Projektin ominaisuudet:

• Täysin digitaalinen ohjaus: Ei tarvita passiivisia analogisia komponentteja.
• Modulaarinen rakenne: Jokainen alipiiri on ennalta määritetty helppokäyttöinen moduuli.
• Lähtötaajuus: Käytettävissä oleva alue 0 Hz - 10 MHz.
• Yksinkertainen ohjaus: Yksi pyörivä anturi sisäänrakennetulla painikkeella.
• Li-ion-akku kannettavaan käyttöön, ulkoinen latausmahdollisuus.
• AC- ja DC -liitäntä lähtöaaltomuodolle.
• Nestekidenäytön kirkkauden säätö vähentää energiankulutusta.
• Akun latauksen ilmaisin.
• Digitaalinen amplitudisäätö.
• Kolme käytettävissä olevaa aaltomuotoa: sini, kolmio ja neliö.

Vaihe 1: Idea

On olemassa monia piirejä, jotka vaativat joitakin testauslaitteita saadakseen tietoa piirin reaktiosta tiettyyn aaltomuotoon. Tämä projekti perustuu Arduinoon (tässä tapauksessa Arduino Nano), ja virtalähteenä on 3,7 V litiumioniakku, mikä tekee laitteesta kannettavan. Tiedetään, että Arduino Nano -levy vaatii 5 V: n virtalähteeksi, joten elektroninen muotoilu sisältää DC-DC-tehonmuuntimen, joka muuntaa 3,7 V: n akun jännitteen 5 V: ksi, jota tarvitaan Arduinon käynnistämiseen. Näin ollen tämä projekti on helppo rakentaa, täysin modulaarinen ja suhteellisen yksinkertaisella kaavakuvalla.

Kortin virransyöttö: Laitteessa on yksi mini-USB-liitin, joka vastaanottaa 5 V ulkoisesta virtalähteestä, joka voi olla joko tietokone tai ulkoinen USB-laturi. virtapiiri on suunniteltu siten, että kun 5 V: n tasavirtalähde on kytketty, litiumioniakkua ladataan virtalähdepiiriin kiinnitetyllä TP4056-latausmoduulilla (aihetta laajennetaan edelleen seuraavissa vaiheissa).

AD9833: integroitu toimintogeneraattoripiiri on suunnittelun keskeinen osa, jota ohjataan SPI -liitännän kautta ja joka pystyy tuottamaan neliö/sini/kolmio aallon taajuusmodulaatiovaihtoehdolla. Koska AD9833 ei pysty muuttamaan lähtösignaalin amplitudia, olen käyttänyt digitaalista 8-bittistä potentiometriä jännitteenjakajana laitteen ulostulon päätepisteessä (kuvataan seuraavissa vaiheissa).

Näyttö: on perus 16x2 LCD, joka on luultavasti suosituin nestekidenäyttö Arduinon käyttäjien keskuudessa. Energiankulutuksen vähentämiseksi on mahdollista säätää LCD-taustavaloa PWM-signaalin kautta Arduinon ennalta määritellystä "analogisesta" nastasta.

Tämän lyhyen johdannon jälkeen voimme siirtyä rakennusprosessiin.

Vaihe 2: Osat ja välineet

1: Elektroniset osat:

1.1: Integroidut moduulit:

• Arduino Nano -levy
• 1602A - Yleinen nestekidenäyttö
• CJMCU - AD9833 Toimintogeneraattorimoduuli
• TP4056 - Li -ion -akkulaturi
• DC-DC Step-Up -muunninmoduuli: 1,5V-3V-5V-muunnin

1.2: Integroidut piirit:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT -rele
• X9C104P - 8 -bittinen 100KOhm digitaalinen potentiometri
• EC11 - kiertokooderi SPST -kytkimellä
• 2 x 2N2222A - NPN yleiskäyttöinen BJT

1.3: Passiiviset ja luokittelemattomat osat:

• 2 x 0.1uF -keraamiset kondensaattorit
• 2 x 100uF - elektrolyyttikondensaattorit
• 2 x 10uF - elektrolyyttikondensaattorit
• 3 x 10Kohhm vastukset
• 2 x 1,3Kohhm vastukset
• 1 x 1N4007 Tasasuuntaajan diodi
• 1 x SPDT -vaihtokytkin

1.4: Liittimet:

• 3 x 4-nastaista JST 2,54 mm: n pikaliitintä
• 3 x 2-nastaista JST 2,54 mm: n pikaliitintä
• 1 x RCA -liitin

2: Mekaaniset osat:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm muovikotelo
• 6 x KA-2 mm vetoruuvia
• 4 x KA-8mm porausruuvia
• 1 x koodausnuppi (korkki)
• 1 x 8 cm x 5 cm prototyyppilevy

3. Välineet ja ohjelmistot:

• Juotosasema/rauta
• Sähköinen ruuvimeisseli
• Useiden kokoisten hiomaviilat
• Terävä veitsi
• Poranterät
• Ruuvimeisselin terät
• Kuuma liimapistooli
• Mini-USB-kaapeli
• Arduino IDE
• Jarrusatula/viivain

Vaihe 3: Kaavio Selitys

Kaavion ymmärtämisen helpottamiseksi kuvaus on jaettu alipiireihin, kun taas jokaisella alipiirillä on vastuu jokaisesta suunnittelulohosta:

1. Arduino Nano Circuit:

Arduino Nano -moduuli toimii laitteemme "pääaivona". Se ohjaa kaikkia laitteen oheismoduuleja sekä digitaalisessa että analogisessa toimintatilassa. Koska tällä moduulilla on oma mini-USB-tuloliitin, sitä käytetään sekä virtalähteen tulona että ohjelmointiliittymän tulona. Siksi J1 - mini -USB -liitin on irrotettu Arduino Nanon (U4) kaavamaisesta symbolista.

On olemassa mahdollisuus käyttää erillisiä analogisia nastoja (A0.. A5) yleiskäyttöisenä I/O: na, joten jotkut nastat toimivat digitaalilähtönä ja kommunikoivat nestekidenäytön ja laitteen lähdön AC/DC -liitännän kanssa. Analogiset nastat A6 ja A7 ovat omistettuja analogisia sisääntulonappeja, ja niitä voidaan käyttää vain ADC -tuloina Arduino Nano -mikro -ohjaimen ATMEGA328P TQFP -paketin vuoksi, kuten se on määritelty tietolomakkeessa. Huomaa, että akun jännitejohto VBAT on liitetty analogiseen tulonastaan A7, koska meidän on saatava sen arvo, jotta voimme määrittää litiumioniakun jännitteen alhaisen tilan.

2. Virtalähde:

Virtalähdepiiri perustuu koko laitteen virransyöttöön 3,7 V: n litiumioniakun kautta, joka muunnetaan 5 V: ksi. SW1 on SPST -vaihtokytkin, joka ohjaa koko virtapiirin virtaa. Kuten kaavioista näkyy, kun ulkoinen virtalähde on liitetty Arduino Nano -moduulin mikro-USB-liittimen kautta, akkua ladataan TP4056-moduulin kautta. Varmista, että piirissä on usean arvon ohituskondensaattoreita, koska DC-DC-tehostinmuunnin kytkee kohinaa maahan ja koko piirin 5 V: n potentiaalit.

3. AD9833 ja lähtö:

Tämä alipiiri tarjoaa sopivan lähtöaaltomuodon, jonka määrittelee AD9833-moduuli (U1). Koska laitteessa on vain yksi virtalähde (5 V), on kytkettävä kytkimen valintapiiri lähtöportaaseen. C1 -kondensaattori on kytketty sarjaan amplitudin valintavaiheeseen, ja se voidaan vaimentaa releen induktorin käyttövirran kautta, jolloin lähtösignaali jäljitetään suoraan lähtöportaaseen. C1: n arvo on 10uF, riittää, että aaltomuoto jopa matalilla taajuuksilla kulkee kondensaattorin läpi vääristymättä, vain DC -poiston vaikutuksesta. Q1: tä käytetään yksinkertaisena BJT -kytkimenä, jota käytetään virran ohjaamiseen releen induktorin läpi. Varmista, että diodi on kytketty käänteisesti varausinduktoriin, jotta vältetään jännitepiikit, jotka voivat vahingoittaa laitteen piirejä.

Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä vaiheena on amplitudin valinta. U6 on 8-bittinen digitaalinen potentiometri IC, joka toimii jännitteenjakajana tietylle lähtöaaltomuodolle. X9C104P on 100Kohmin digitaalinen potentiometri, jossa on erittäin yksinkertainen pyyhkimen asennon säätö: 3-nastaiset digitaalitulot lisä-/vähennyspyyhkimen asennon säätämiseksi.

4. LCD:

16x2 nestekidenäyttö on graafinen käyttöliittymä käyttäjän ja laitteen piirien välillä. Energiankulutuksen vähentämiseksi nestekidenäytön taustavalon katoditappi on kytketty Q2 BJT -laitteeseen kytkettynä kytkimenä, jota ohjaa PWM -signaali, jota ohjaa Arduino analogWrite -kyky (kuvataan Arduino -koodivaiheessa).

5. Kooderi:

Anturipiiri on ohjausliitäntä, joka määrittää koko laitteen toiminnan. U9 koostuu kooderista ja SPST -kytkimestä, joten projektiin ei tarvitse lisätä lisäpainikkeita. Ulkoiset 10KOhm: n vastukset vetävät enkooderin ja kytkimen tapit ylös, mutta ne voidaan määrittää myös koodilla. On suositeltavaa lisätä 0,1uF -kondensaattoreita rinnakkain anturin A- ja B -nastoihin, jotta vältetään pomppiminen näillä tulojohdoilla.

6. JST -liittimet:

Kaikki laitteen ulkoiset osat on kytketty JST -liittimien kautta, mikä tekee laitteen kokoonpanosta paljon helpompaa ja lisäominaisuuden vähentää virheitä rakennuksen aikana. Liittimien kartoitus tehdään seuraavasti:

• J3, J4: LCD
• J5: Kooderi
• J6: Akku
• J7: SPST -vaihtokytkin
• J8: RCA -lähtöliitin

Vaihe 4: Juotos

Tämän projektin modulaarisen rakenteen ansiosta juotosvaiheesta tulee yksinkertainen:

A. Emolevyn juotos:

1. Ensinnäkin on leikattava prototyyppilevy haluttujen kotelon mittojen mukaan.

2. Juotos Arduino Nano -moduuli ja testataan sen ensimmäinen toiminta.

3. Juotosvirtapiiri ja kaikkien jännitearvojen tarkistaminen vastaavat laitteen vaatimuksia.

4. Juotos AD9833 -moduuli kaikilla oheispiireillä.

5. Kaikkien JST -liittimien juottaminen.

Ulkoiset komponentit:

1. Juotetaan JST -urosliittimen johdot LCD -nastoihin täsmällisessä järjestyksessä, kuten emolevylle suunniteltiin.

2. Juotetaan JST -urosliittimen johdot anturiin samalla tavalla kuin edellisessä vaiheessa

3. Juotoskytkin JST -johtoihin.

4. JST-johtojen juottaminen akkuun (jos sitä tarvitaan. Jotkut eBayssa saatavilla olevista litiumioniakkuista on esijuotettu omalla JST-liittimellä).

Vaihe 5: Kotelo ja kokoaminen

Kun kaikki juotos on tehty, voimme siirtyä laitteen kokoonpanojärjestykseen:

1. Mieti laitteen ulkoisten osien sijoittelua: Minun tapauksessani mieluummin asetin anturin nestekidenäytön alle, kun vaihtokytkin ja RCA -liitin on sijoitettu kotelon erillisille sivuille.

2. Nestekidenäytön valmistelu: Päätä, missä nestekidenäyttö sijoitetaan laitteeseen, varmista, että se asetetaan oikeaan suuntaan. Minulle tapahtui useita kertoja, että koko leikkausprosessin päätyttyä LCD käännettiin pystysuunnassa, mistä puhutaan on surullista, koska LCD-kehys on järjestettävä uudelleen.

Kun kehys on valittu, poraa useita reikiä koko kehyksen kehälle. Poista kaikki ei -toivotut muovileikkaukset hiomapaperilla.

Aseta nestekidenäyttö sisään ja etsi kotelon ruuvipisteet. Poraa reikiä halkaisijaltaan sopivilla poranterillä. Kiinnitä ruuvit ja kiristä mutterit etupaneelin sisäpuolelle.

3. Kooderi: pakkauksessa on vain yksi pyörivä osa. Poraa alue anturin pyörivän lisälaitteen halkaisijan mukaan. Aseta se sisäpuolelta, kiinnitä se kuumalla liimapistoolilla. Aseta korkki pyörivän lisälaitteen päälle.

4. Vaihtokytkin: päätä kytkinvivun mitoista, jotta sitä voidaan vetää alas tai ylös vapaasti. Jos vipukytkimessä on ruuvipisteitä, poraa koteloon sopivat alueet, muuten voit kiinnittää sen kuumaliimapistoolilla.

5. RCA-lähtöliitin: Poraa halkaisijaltaan sopiva reikä RCA-ulostuloliittimelle kotelon sivupohjalle. Kiinnitä se kuumalla liimapistoolilla.

6. Emolevy ja akku: Aseta litiumioniakku kotelon pohjalle. Akku voidaan kiinnittää kuumalla liimapistoolilla. Emolevy on porattava neljään paikkaan 4 ruuville jokaiseen emolevyn kulmaan. Varmista, että Arduinon mini-USB-tulo on mahdollisimman lähellä kotelon rajaa (meidän on käytettävä sitä lataamiseen ja ohjelmointiin).

7. Mini-USB: katkaise haluttu alue Arduino Nano micro-USB -laitteelle jauhatustiedostolla, jolloin voit liittää ulkoisen virtalähteen/tietokoneen laitteeseen, kun se on koottu kokonaan.

8. Lopullinen: Liitä kaikki JST -liittimet, kiinnitä kotelon molemmat osat neljällä 8 mm: n ruuvilla kotelon jokaiseen kulmaan.

Vaihe 6: Arduino -koodi

Liitteenä oleva koodi on täydellinen laitekoodi, jota tarvitaan laitteen täydelliseen toimintaan. Kaikki tarvittavat selitykset on liitetty koodin kommenttiosiin.

Vaihe 7: Lopullinen testaus

Meillä on laite käyttövalmis. mini-USB-liitin toimii sekä ohjelmoijan tulona että ulkoisen laturin tulona, joten laite voidaan ohjelmoida, kun se on koottu kokonaan.

Toivottavasti tästä opettavaisesta on sinulle hyötyä, Kiitos lukemisesta!;)