Penjana Fungsi Mudah Alih di Arduino: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Penjana fungsi adalah alat yang sangat berguna, terutama ketika kita sedang mempertimbangkan untuk menguji tindak balas litar kita terhadap isyarat tertentu. Dalam arahan ini saya akan menerangkan urutan pembinaan penjana fungsi mudah alih yang kecil dan mudah digunakan.

Ciri-ciri projek:

• Kawalan digital sepenuhnya: Tidak memerlukan komponen analog pasif.
• Reka bentuk modular: Setiap sub-litar adalah modul mudah digunakan yang telah ditentukan sebelumnya.
• Kekerapan output: Julat tersedia dari 0Hz hingga 10MHz.
• Kawalan mudah: Pengekod putar tunggal dengan butang tekan terbina dalam.
• Bateri Li-ion untuk penggunaan mudah alih, dengan kemampuan pengecasan luaran.
• Gandingan AC dan DC untuk bentuk gelombang output.
• Kawalan Kecerahan LCD untuk pengurangan penggunaan tenaga.
• Penunjuk cas bateri.
• Kawalan amplitud digital.
• Tiga bentuk gelombang yang tersedia: Sinus, segitiga dan segi empat sama.

Langkah 1: Idea

Terdapat banyak litar yang memerlukan beberapa peralatan ujian untuk mendapatkan maklumat mengenai tindak balas litar terhadap bentuk gelombang tertentu. Projek ini berdasarkan Arduino (Arduino Nano dalam hal ini), dengan 3.7V bateri Lithium-Ion sebagai sumber kuasa sehingga menjadikan peranti mudah alih. Telah diketahui bahawa papan Arduino Nano memerlukan 5V sebagai bekalan kuasa, jadi reka bentuk elektronik mengandungi penukar rangsangan DC-DC yang menukar voltan bateri 3.7V menjadi 5V yang diperlukan untuk menghidupkan Arduino. Oleh itu, projek ini mudah dibina, sepenuhnya modular, dengan gambarajah skematik yang agak mudah.

Menghidupkan papan: Peranti mempunyai penyambung mini-USB tunggal yang menerima 5V dari bekalan kuasa luaran, yang mungkin berupa PC atau pengecas USB luaran. litar yang dirancang dengan cara bahawa apabila sumber DC 5V disambungkan, bateri Li-ion sedang dicas oleh modul pengecas TP4056 yang dipasang pada litar bekalan kuasa (Topik akan diperluas lebih jauh pada langkah-langkah berikut).

AD9833: litar penjana fungsi bersepadu adalah bahagian tengah reka bentuk, dikendalikan melalui antara muka SPI dengan kemampuan untuk menghasilkan gelombang persegi / sinus / segitiga dengan pilihan modulasi frekuensi. Oleh kerana AD9833 tidak mempunyai keupayaan untuk mengubah amplitud isyarat output, saya telah menggunakan potensiometer 8-bit digital sebagai pembahagi voltan pada titik akhir output peranti (Akan dijelaskan dalam langkah selanjutnya).

Paparan: adalah LCD 16x2 asas, yang mungkin merupakan paparan kristal cecair yang paling popular di kalangan pengguna Arduino. Untuk mengurangkan penggunaan tenaga, ada pilihan untuk menyesuaikan lampu latar LCD melalui isyarat PWM dari pin "analog" Arduino yang telah ditentukan.

Selepas pengenalan ringkas ini, kita dapat meneruskan proses pembinaan.

Langkah 2: Bahagian dan Alat

1: Bahagian Elektronik:

1.1: Modul Bersepadu:

• Papan Arduino Nano
• 1602A - Paparan kristal cecair generik
• Modul penjana fungsi CJMCU - AD9833
• TP4056 - Modul pengecas bateri Li-ion
• Modul penutup DC-DC Step-Up: penukar 1.5V-3V hingga 5V

1.2: Litar Bersepadu:

• SRD = 05VDC - geganti SPDT 5V
• X9C104P - Potensiometer digital 8-bit 100KOhm
• EC11 - Rotary Encoder dengan suis SPST
• 2 x 2N2222A - NPN tujuan umum BJT

1.3: Bahagian pasif dan tidak dikelaskan:

• Kapasitor 2 x 0.1uF -Ceramic
• 2 x 100uF - Kapasitor elektrolitik
• 2 x 10uF - Kapasitor elektrolitik
• Perintang 3 x 10KOhm
• 2 x 1.3KOhm Perintang
• 1 x 1N4007 Diod penyearah
• 1 x Suis Toggle SPDT

1.4: Penyambung:

• 3 x 4-pin JST 2.54mm penyambung nada
• 3 x 2-pin JST 2.54mm penyambung nada
• 1 x penyambung RCA Receptacle

2: Bahagian Mekanikal:

• 1 x 12.5cm x 8cm x 3.2cm Kandang plastik
• Skru penarik 6 x KA-2mm
• 4 x skru penggerudian KA-8mm
• 1 x kenop pengekod (Cap)
• Papan prototaip 1 x 8cm x 5cm

3. Instrumen dan Perisian:

• Stesen pematerian / besi
• Pemutar skru elektrik
• Mengisar fail dengan pelbagai saiz
• Pisau tajam
• Mata gerudi
• Bit pemutar skru
• Pistol gam panas
• Kabel USB mini
• Arduino IDE
• Caliper / pembaris

Langkah 3: Penjelasan Skematik

Untuk lebih mudah memahami gambarajah skematik, keterangan dibahagikan dalam sub-litar sementara setiap sub-litar mempunyai tanggungjawab untuk setiap blok reka bentuk:

1. Litar Arduino Nano:

Modul Arduino Nano berfungsi sebagai "Otak Utama" untuk peranti kami. Ia mengawal semua modul periferal pada peranti, dalam mod operasi digital dan analog. Oleh kerana modul ini mempunyai penyambung input mini-USB sendiri, ia akan digunakan sebagai input bekalan kuasa dan input antara muka pengaturcaraan. Oleh kerana itu, J1 - penyambung mini-USB terlepas dari simbol skematik Arduino Nano (U4).

Ada pilihan untuk menggunakan pin analog khusus (A0.. A5) sebagai I / O tujuan umum, jadi beberapa pin digunakan sebagai output digital, berkomunikasi dengan gandingan LCD dan AC / DC pilih output peranti. Pin analog A6 dan A7 adalah pin input analog khusus dan hanya boleh digunakan sebagai input ADC, kerana paket Arduino Nano mikrokontroler ATMEGA328P TQFP, seperti yang ditentukan dalam lembar data. Perhatikan bahawa garis voltan bateri VBAT terpasang pada pin input analog A7, kerana kita perlu mendapatkan nilainya untuk menentukan keadaan bateri voltan bateri Li-ion yang rendah.

2. Bekalan Kuasa:

Litar bekalan kuasa didasarkan pada menghidupkan keseluruhan peranti melalui bateri Li-ion 3.7V yang ditukar menjadi 5V. SW1 adalah suis togol SPST yang mengawal aliran daya pada keseluruhan litar. Seperti yang dapat dilihat dari skema, apabila bekalan kuasa luaran disambungkan melalui penyambung mikro-USB modul Arduino Nano, bateri sedang dicas melalui modul TP4056. Pastikan kapasitor pintasan dengan beberapa nilai terdapat di litar, kerana terdapat bunyi suis penukar rangsangan DC-DC di tanah dan potensi 5V dari keseluruhan litar.

3. AD9833 dan Keluaran:

Sub-litar ini menyediakan bentuk gelombang output yang sesuai, yang ditentukan oleh modul AD9833 (U1). Oleh kerana hanya terdapat satu bekalan kuasa pada peranti (5V), maka perlu memasang litar pilih kopling ke lata keluaran. Kapasitor C1 dihubungkan secara bersiri ke tahap pemilihan amplitud, dan dapat disenyapkan melalui arus penggerak pada induktor geganti, sehingga membuat isyarat output ditelusuri terus ke tahap output. C1 mempunyai nilai 10uF, cukup untuk bentuk gelombang walaupun frekuensi rendah melewati kapasitor tanpa diputarbelitkan, hanya dipengaruhi oleh penyingkiran DC. Q1 digunakan sebagai suis BJT sederhana yang digunakan untuk menggerakkan arus melalui induktor relay. Pastikan dioda disambungkan secara terbalik ke induktor geganti, untuk mengelakkan lonjakan voltan yang boleh merosakkan litar peranti.

Tahap terakhir tetapi tidak kurang pentingnya ialah pilihan amplitud. U6 adalah IC potensiometer digital 8-bit, yang bertindak sebagai pembahagi voltan untuk bentuk gelombang output yang diberikan. X9C104P adalah potensiometer digital 100KOhm dengan penyesuaian kedudukan pengelap yang sangat mudah: input digital 3-pin untuk menyesuaikan kedudukan pengelap kenaikan / penurunan.

4. LCD:

Paparan kristal cecair 16x2 adalah antara muka grafik antara pengguna dan litar peranti. Untuk mengurangkan penggunaan tenaga, pin katod lampu latar LCD disambungkan ke Q2 BJT disambungkan sebagai suis, dikendalikan oleh isyarat PWM yang didorong oleh kemampuan Arduino analogWrite (Akan dijelaskan dalam langkah kod Arduino).

5. Pengekod:

Litar pengekod adalah antara muka kawalan, yang menentukan operasi keseluruhan peranti. U9 terdiri daripada pengekod dan suis SPST, jadi tidak perlu menambahkan butang tambahan ke projek. Pengekod dan pin suis harus ditarik oleh perintang 10KOhm luaran, tetapi ia juga dapat ditentukan melalui kod. Sebaiknya tambahkan kapasitor 0.1uF selari dengan pin pengekod A dan B untuk mengelakkan pantulan pada jalur input ini.

6. Penyambung JST:

Semua bahagian luaran peranti disambungkan melalui penyambung JST, sehingga menjadikannya lebih mudah untuk memasang peranti, dengan ciri tambahan mengurangkan tempat untuk kesalahan semasa proses pembinaan. Pemetaan penyambung dilakukan dengan cara ini:

• J3, J4: LCD
• J5: Pengekod
• J6: Bateri
• J7: Suis togol SPST
• J8: Penyambung output RCA

Langkah 4: Pematerian

Oleh kerana reka bentuk modular projek ini, langkah pematerian menjadi mudah:

A. Pematerian papan utama:

1. Pertama sekali, perlu memotong papan prototaip mengikut ukuran dimensi kandang yang diinginkan.

2. Memateri modul Arduino Nano dan menguji operasi awalnya.

3. Litar bekalan kuasa pematerian dan memeriksa semua nilai voltan sesuai dengan keperluan peranti.

4. Memateri modul AD9833 dengan semua litar periferal.

5. Memateri semua penyambung JST.

B. Komponen luaran:

1. Memateri wayar penyambung lelaki JST ke pin LCD dalam susunan TEPAT seperti yang telah dirancang di papan utama.

2. Memateri wayar penyambung JST Male ke pengekod sama dengan langkah sebelumnya

3. Suis togol pematerian ke wayar JST.

4. Memateri kabel JST ke bateri (Sekiranya diperlukan sama sekali. Sebilangan bateri Li-ion yang terdapat di eBay telah disolder terlebih dahulu dengan penyambung JST mereka sendiri).

Langkah 5: Kandang dan Pemasangan

Setelah semua pematerian selesai, kita boleh meneruskan urutan pemasangan peranti:

1. Fikirkan penempatan bahagian luaran peranti: Dalam kes saya, saya lebih suka meletakkan pengekod di bawah LCD, apabila suis togol dan penyambung RCA diletakkan di sisi berasingan kotak penutup.

2. Menyiapkan bingkai LCD: Tentukan di mana LCD akan berada pada peranti, pastikan ia diletakkan pada arah yang betul, beberapa kali saya berlaku bahawa setelah saya menyelesaikan semua proses pemotongan, LCD dibalikkan secara menegak, yang mana sedih, kerana perlu mengatur semula bingkai LCD.

Setelah bingkai dipilih, gerudi beberapa lubang di perimeter keseluruhan bingkai. Tanggalkan semua potongan plastik yang tidak diingini dengan fail pengisar.

Masukkan LCD dari dalam dan cari titik skru pada penutup. Bor lubang dengan bit gerudi diameter yang sesuai. Masukkan skru yang ditarik dan pasangkan mur pada bahagian dalam panel depan.

3. Encoder: hanya mempunyai satu bahagian putar pada bungkusan. Gerudi kawasan mengikut diameter pelekap putar pengekod. Masukkan dari dalam, kencangkan dengan pistol gam panas. Letakkan penutup pada alat putar.

4. Tukar suis: tentukan dimensi ayunan suis togol, sehingga boleh ditarik ke bawah atau ke atas dengan bebas. Sekiranya anda mempunyai titik skru pada suis togol, gerudi kawasan yang sesuai di kandang, Jika tidak, anda boleh mengikatnya dengan pistol gam panas.

5. Penyambung keluaran RCA: Bor lubang diameter yang sesuai untuk penyambung keluaran RCA di bahagian bawah-bawah penutup. Kencangkan dengan pistol gam panas.

6. Papan utama dan bateri: Letakkan bateri Li-ion di bahagian bawah kandang. Bateri boleh diikat dengan pistol gam panas. Papan utama harus digerudi di empat tempat untuk 4 skru di setiap sudut papan utama. Pastikan input USB-mini Arduino sedekat mungkin dengan batas kandang (Kita harus menggunakannya untuk tujuan pengisian dan pengaturcaraan).

7. Mini-USB: potong kawasan yang diinginkan untuk Arduino Nano micro-USB dengan fail penggiling, sehingga memungkinkan untuk menyambungkan bekalan kuasa luaran / PC ke peranti apabila dipasang sepenuhnya.

8. Akhir: Sambungkan semua penyambung JST, pasangkan kedua-dua bahagian kandang dengan empat skru 8mm di setiap sudut kandang.

Langkah 6: Kod Arduino

Kod terlampir adalah kod peranti lengkap yang diperlukan untuk pengoperasian peranti lengkap. Semua penjelasan yang diperlukan dilampirkan di bahagian komen di dalam kod.

Langkah 7: Ujian Akhir

Kami mempunyai peranti kami yang siap digunakan. penyambung mini-USB bertindak sebagai input pengaturcara dan input pengecas luaran, jadi peranti mampu diprogramkan apabila dipasang sepenuhnya.

Harap, anda akan mendapat petunjuk yang berguna ini, Terima kasih untuk membaca!;)