Generador de funcions portàtils a Arduino: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

El generador de funcions és una eina molt útil, sobretot quan ens plantegem provar la resposta del nostre circuit a un determinat senyal. En aquest instructiu, descriuré la seqüència constructiva d’un petit generador de funcions portàtils fàcils d’utilitzar.

Característiques del projecte:

• Control totalment digital: no necessita components analògics passius.
• Disseny modular: cada subcircuit és un mòdul fàcil d'utilitzar predefinit.
• Freqüència de sortida: rang disponible de 0Hz a 10MHz.
• Control senzill: codificador rotatiu únic amb polsador incorporat.
• Bateria d'ió li per a ús portàtil, amb capacitat de càrrega externa.
• Acoblament de CA i CC per a la forma d'ona de sortida.
• Control de lluminositat LCD per reduir el consum d'energia.
• Indicador de càrrega de la bateria.
• Control d'amplitud digital.
• Tres formes d'ona disponibles: sinus, triangle i quadrat.

Pas 1: la idea

Hi ha molts circuits que requereixen alguns equips de prova per obtenir informació sobre la resposta del circuit a una determinada forma d'ona. Aquest projecte es basa en Arduino (Arduino Nano en aquest cas), amb una bateria de ions de liti de 3,7 V com a font d’energia que fa que el dispositiu sigui portàtil. Se sap que la placa Arduino Nano requereix 5V com a font d’alimentació, de manera que el disseny electrònic conté un convertidor d’alimentació DC-DC que converteix el voltatge de la bateria de 3,7 V a 5V necessari per engegar l’Arduino. Per tant, aquest projecte és fàcil de construir, completament modular, amb un diagrama esquemàtic relativament senzill.

Alimentació de la placa: el dispositiu té un únic connector mini-USB que rep 5 V de la font d'alimentació externa, que pot ser un PC o un carregador USB extern. el circuit està dissenyat de manera que quan es connecta la font de 5 V CC, la bateria de ions de Li està carregant-se mitjançant el mòdul de carregador TP4056 connectat al circuit d'alimentació (el tema s'ampliarà més en els passos següents).

AD9833: el circuit generador de funcions integrades és una part central del disseny, controlat mitjançant una interfície SPI amb capacitat de generar ona quadrada / sinusoïdal / triangular amb opció de modulació de freqüència. Com que l'AD9833 no té cap capacitat per canviar l'amplitud del senyal de sortida, he utilitzat un potenciòmetre digital de 8 bits com a divisor de tensió al punt final de sortida del dispositiu (es descriurà en altres passos).

Pantalla: és la pantalla LCD de 16x2 bàsica, que és probablement la pantalla de cristall líquid més popular entre els usuaris d'Arduino. Per tal de reduir el consum d’energia, hi ha una opció per ajustar la llum de fons LCD mitjançant el senyal PWM des del pin "analògic" predefinit d'Arduino.

Després d'aquesta breu introducció, podem procedir al procés de construcció.

Pas 2: Parts i instruments

1: peces electròniques:

1.1: Mòduls integrats:

• Taula Arduino Nano
• 1602A - Pantalla genèrica de cristall líquid
• CJMCU - AD9833 Mòdul generador de funcions
• TP4056 - Mòdul de carregador de bateria d’ió li
• Mòdul de cobertura Step-Up DC-DC: convertidor d'1,5V-3V a 5V

1.2: Circuits integrats:

• SRD = 05VDC - relé SPDT de 5V
• X9C104P: potenciòmetre digital de 8 bits 100KOhm
• EC11 - Codificador rotatiu amb commutador SPST
• 2 x 2N2222A - BJT d'ús general NPN

1.3: Parts passives i no classificades:

• 2 x 0.1uF -Condensadors ceràmics
• 2 x 100uF - Condensadors electrolítics
• 2 x 10uF - Condensadors electrolítics
• 3 x 10KOhm resistències
• 2 x 1.3KOhm resistències
• 1 x 1N4007 díode rectificador
• 1 x SPDT commutador de commutació

1.4: Connectors:

• Connectors de pas de 3 x 4 pins JST de 2,54 mm
• Connectors de pas de 3 x 2 pins JST de 2,54 mm
• 1 x connector de receptacle RCA

2: Parts mecàniques:

• 1 x 12,5cm x 8cm x 3,2cm Tancament de plàstic
• 6 cargols de tir KA-2mm
• 4 x cargols de perforació KA-8mm
• 1 x comandament del codificador (tap)
• Tauler prototip 1 x 8cm x 5cm

3. Instruments i programari:

• Estació de soldadura / planxa
• Tornavís elèctric
• Arxius de mòlta de nombroses mides
• Ganivet afilat
• Broques
• Broques de tornavís
• Pistola de cola calenta
• Cable mini-USB
• IDE Arduino
• Pinça / regle

Pas 3: explicació de l’esquema

Per facilitar la comprensió del diagrama esquemàtic, la descripció es divideix en subcircuits, mentre que cada subcircuit té la responsabilitat de cada bloc de disseny:

1. Circuit nano Arduino:

El mòdul Arduino Nano actua com un "cervell principal" per al nostre dispositiu. Controla tots els mòduls perifèrics del dispositiu, tant en modes de funcionament digitals com analògics. Com que aquest mòdul té el seu propi connector d'entrada mini-USB, s'utilitzarà tant com a entrada de font d'alimentació com a entrada d'interfície de programació. Per això, J1: el connector mini-USB està separat del símbol esquemàtic d'Arduino Nano (U4).

Hi ha una opció per utilitzar pins analògics dedicats (A0.. A5) com a E / S d’ús general, de manera que alguns dels pins s’utilitzen com a sortida digital, comunicant-se amb l’acoblament LCD i AC / DC de la sortida del dispositiu. Els pins analògics A6 i A7 són pins d'entrada analògics dedicats i només es poden utilitzar com a entrades ADC, a causa del paquet de microcontrolador Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, tal com es va definir a la fitxa tècnica. Tingueu en compte que la línia de tensió de la bateria VBAT està connectada al pin d’entrada analògic A7, perquè hem d’obtenir el seu valor per tal de determinar l’estat de la bateria de baixa tensió de la bateria de ions de Li.

2. Font d'alimentació:

El circuit d’alimentació es basa en alimentar tot el dispositiu mitjançant una bateria de ions de Li de 3,7 V convertida en una de 5 V. SW1 és un commutador SPST que controla el flux de potència de tot el circuit. Com es pot veure a partir dels esquemes, quan la font d'alimentació externa es connecta mitjançant un connector micro-USB del mòdul Arduino Nano, la bateria s'està carregant a través del mòdul TP4056. Assegureu-vos que hi hagi condensadors de derivació de diversos valors al circuit, ja que hi ha un soroll de commutació del convertidor d’alimentació CC-CC a terra i els potencials de 5 V de tot el circuit.

3. AD9833 i sortida:

Aquest subcircuit proporciona una forma d'ona de sortida adequada, definida pel mòdul AD9833 (U1). Com que només hi ha una font d'alimentació única al dispositiu (5V), cal connectar el circuit de selecció d'acoblament a la cascada de sortida. El condensador C1 està connectat en sèrie a l’etapa de selecció d’amplitud i es pot silenciar mitjançant corrent de conducció a l’inductor del relé, fent així que el senyal de sortida es rastregi directament a l’etapa de sortida. C1 té un valor de 10uF, és suficient que la forma d'ona fins i tot de freqüències baixes passi pel condensador sense ser distorsionada, només afectada per l'eliminació de CC. Q1 s’utilitza com a senzill commutador BJT que s’utilitza per conduir corrent a través de l’inductor del relé. Assegureu-vos que el díode està connectat en una assignació inversa a l’inductor del relé, per evitar pics de tensió que puguin danyar els circuits del dispositiu.

L'últim, però no menys important, és una selecció d'amplitud. U6 és un IC de potenciòmetre digital de 8 bits, que actua com a divisor de tensió per a una forma d'ona de sortida determinada. X9C104P és un potenciòmetre digital de 100KOhm amb un ajustament molt senzill de la posició del netejador: entrades digitals de 3 pins per ajustar la posició del netejador d’increment / decrement.

4. Pantalla LCD:

La pantalla de cristall líquid 16x2 és una interfície gràfica entre l’usuari i el circuit del dispositiu. Per tal de reduir el consum d’energia, el pin de càtode de llum de fons LCD està connectat a Q2 BJT connectat com a commutador, controlat per un senyal PWM impulsat per la capacitat Arduino analogWrite (Es descriurà al pas del codi Arduino).

5. Codificador:

El circuit codificador és una interfície de control que defineix el funcionament complet del dispositiu. U9 consisteix en un codificador i un commutador SPST, de manera que no cal afegir botons addicionals al projecte. Els codificadors i els pins de commutació han de ser extrets per unes resistències externes de 10KOhm, però també es poden definir mitjançant codi. Es recomana afegir condensadors de 0,1 uF en paral·lel als pins del codificador A i B per evitar rebots en aquestes línies d'entrada.

6. Connectors JST:

Totes les parts externes del dispositiu es connecten mitjançant connectors JST, de manera que és molt més convenient muntar el dispositiu, amb una característica addicional de reduir el lloc per als errors durant el procés de construcció. El mapatge dels connectors es fa d'aquesta manera:

• J3, J4: LCD
• J5: Codificador
• J6: Bateria
• J7: commutador SPST
• J8: connector de sortida RCA

Pas 4: soldar

A causa del disseny modular d’aquest projecte, el pas de soldadura esdevé senzill:

A. Soldadura de la placa principal:

1. En primer lloc, cal retallar el tauler prototip a la mida de les dimensions desitjades del recinte.

2. Soldar el mòdul Arduino Nano i provar el seu funcionament inicial.

3. El circuit d'alimentació de soldadura i la comprovació de tots els valors de tensió compleixen els requisits del dispositiu.

4. Mòdul de soldadura AD9833 amb tots els circuits perifèrics.

5. Soldar tots els connectors JST.

B. Components externs:

1. Soldar els cables del connector mascle JST als pins LCD en l'ordre EXACT, tal com estava previst a la placa principal.

2. Els cables del connector JST mascle de soldadura al codificador de manera similar al pas anterior

3. Interruptor de palanca de soldadura als cables JST.

4. Soldar cables JST a la bateria (si és necessari. Algunes de les bateries de ions de Li disponibles a eBay es pre-solden amb el seu propi connector JST).

Pas 5: recinte i muntatge

Un cop acabada la soldadura, podem procedir a la seqüència de muntatge del dispositiu:

1. Penseu en la ubicació de les parts externes del dispositiu: en el meu cas, he preferit col·locar el codificador a sota de la pantalla LCD, quan l'interruptor de commutació i el connector RCA es col·loquen als costats separats de la caixa del recinte.

2. Preparació del marc LCD: Decidiu on es localitzarà el LCD al dispositiu, assegureu-vos que es col·locarà en la direcció correcta; em va passar diverses vegades que després d’acabar tot el procés de tall, el LCD es va invertir verticalment, parlant de és trist, perquè cal tornar a organitzar el marc LCD.

Després de seleccionar el marc, practiqueu diversos forats al perímetre de tot el marc. Traieu tots els talls de plàstic no desitjats amb una llima de mòlta.

Introduïu la pantalla LCD des de l'interior i localitzeu els punts de cargol a la carcassa. Feu forats amb unes broques de diàmetre adequat. Introduïu cargols estirats i fixeu les femelles a la part interior del tauler frontal.

3. Codificador: només té una sola part rotativa al paquet. Foradeu la zona segons el diàmetre de la fixació rotativa del codificador. Inseriu-lo des de l'interior, subjecteu-lo amb una pistola de cola calenta. Col·loqueu un tap a l'accessori rotatiu.

4. Interruptor alternatiu: decideix les dimensions de l'interruptor alternador, de manera que es pugui tirar cap avall o cap amunt lliurement. Si teniu punts de cargol a l'interruptor de palanca, foradeu les zones adequades del recinte, en cas contrari, podeu subjectar-lo amb una pistola de cola calenta.

5. Connector de sortida RCA: taladreu un forat de diàmetre adequat per al connector de sortida RCA al costat inferior inferior del recinte. Fixeu-lo amb la pistola de cola calenta.

6. Tauler principal i bateria: col·loqueu la bateria d’ió Li a la part inferior del recinte. La bateria es pot subjectar amb una pistola de cola calenta. La placa principal s’ha de perforar en quatre llocs per a 4 cargols a cada cantonada de la placa principal. Assegureu-vos que l’entrada mini-USB Arduino estigui el més a prop possible del límit del recinte (l’haurem d’utilitzar per carregar i programar).

7. Mini-USB: talleu la zona desitjada per al micro-USB Arduino Nano amb un fitxer de mòlta, cosa que permet connectar la font d'alimentació externa / PC al dispositiu quan estigui muntat completament.

8. Final: Connecteu tots els connectors JST, connecteu les dues parts del recinte amb quatre cargols de 8 mm a cada cantonada del recinte.

Pas 6: el codi Arduino

El codi adjunt és el codi complet del dispositiu necessari per al funcionament complet del dispositiu. Tota l'explicació necessària s'adjunta a les seccions de comentaris del codi.

Pas 7: proves finals

Tenim el nostre dispositiu a punt per utilitzar-se. el connector mini-USB actua com a entrada del programador i com a entrada de carregador extern, de manera que el dispositiu es pot programar quan estigui completament muntat.

Espero que us sigui útil, Gràcies per llegir!;)