პორტატული ფუნქციის გენერატორი Arduino– ზე: 7 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ფუნქციის გენერატორი არის ძალიან სასარგებლო ინსტრუმენტი, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ჩვენ განვიხილავთ ჩვენი სიგნალის რეაქციის შემოწმებას გარკვეულ სიგნალზე. ამ ინსტრუქციურად მე აღწერს მცირე, მარტივი, პორტატული ფუნქციის გენერატორის შენობის მიმდევრობას.

პროექტის მახასიათებლები:

• სრულად ციფრული კონტროლი: არ არის საჭირო პასიური ანალოგური კომპონენტები.
• მოდულური დიზაინი: ყველა ქვე-წრე არის წინასწარ განსაზღვრული მარტივი მოდული.
• გამოყვანის სიხშირე: ხელმისაწვდომი დიაპაზონი 0 Hz– დან 10 MHz– მდე.
• მარტივი კონტროლი: ერთი მბრუნავი კოდირება ჩაშენებული ღილაკით.
• Li-ion ბატარეა პორტატული გამოყენებისთვის, გარე დატენვის უნარით.
• AC და DC დაწყვილება გამომავალი ტალღის ფორმისთვის.
• LCD სიკაშკაშის კონტროლი ენერგიის მოხმარების შემცირებისთვის.
• ბატარეის დატენვის მაჩვენებელი.
• ციფრული ამპლიტუდის კონტროლი.
• სამი ხელმისაწვდომი ტალღის ფორმა: სინუსი, სამკუთხედი და კვადრატი.

ნაბიჯი 1: იდეა

არსებობს უამრავი სქემა, რომელიც მოითხოვს გარკვეულ სატესტო აღჭურვილობას, რათა მიიღონ ინფორმაცია წრიულის რეაქციის შესახებ გარკვეულ ტალღურ ფორმაზე. ეს პროექტი დაფუძნებულია არდუინოზე (ამ შემთხვევაში არდუინო ნანოზე), 3.7 ვ ლითიუმ-იონური ბატარეით, როგორც ენერგიის წყარო, რაც მოწყობილობას პორტატულს ხდის. ცნობილია, რომ Arduino Nano დაფა საჭიროებს 5V- ს, როგორც ელექტროენერგიის წყაროს, ამიტომ ელექტრონული დიზაინი შეიცავს DC-DC გამაძლიერებელ გადამყვანს, რომელიც აკონვერტებს 3.7V ბატარეის ძაბვას 5V- ზე, რაც საჭიროა Arduino- ს გაძლიერებისათვის. ამდენად, ეს პროექტი ადვილი ასაშენებელია, სრულიად მოდულური, შედარებით მარტივი სქემატური დიაგრამით.

დაფის ჩართვა: მოწყობილობას აქვს ერთი მინი USB- კონექტორი, რომელიც იღებს 5V გარე კვების წყაროდან, ეს შეიძლება იყოს კომპიუტერი ან გარე USB დამტენი. ცირკულაცია შექმნილია ისე, რომ როდესაც 5V DC წყარო უკავშირდება, Li-ion ბატარეა იტენება TP4056 დამტენი მოდულით, რომელიც მიმაგრებულია კვების ბლოკზე (თემა შემდგომში გაფართოვდება შემდგომ ნაბიჯებში).

AD9833: ინტეგრირებული ფუნქციის გენერატორის სქემა არის დიზაინის ცენტრალური ნაწილი, რომელიც კონტროლდება SPI ინტერფეისის საშუალებით, კვადრატული/სინუსური/სამკუთხედის ტალღის წარმოქმნის სიხშირის მოდულაციის ვარიანტით. მას შემდეგ, რაც AD9833– ს არ შეუძლია შეცვალოს გამომავალი სიგნალის ამპლიტუდა, მე გამოვიყენე ციფრული 8 ბიტიანი პოტენომეტრი, როგორც ძაბვის გამყოფი მოწყობილობის გამომავალი ბოლო წერტილში (აღწერილი იქნება შემდგომ ნაბიჯებში).

ჩვენება: არის ძირითადი 16x2 LCD, რომელიც ალბათ ყველაზე პოპულარული თხევადკრისტალური ეკრანია არდუინოს მომხმარებლებს შორის. ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად, შესაძლებელია LCD ეკრანის განათების რეგულირება PWM სიგნალის საშუალებით Arduino- ს წინასწარ განსაზღვრული "ანალოგური" პინიდან.

ამ მოკლე შესავლის შემდეგ, ჩვენ შეგვიძლია გავაგრძელოთ მშენებლობის პროცესი.

ნაბიჯი 2: ნაწილები და ინსტრუმენტები

1: ელექტრონული ნაწილები:

1.1: ინტეგრირებული მოდულები:

• არდუინო ნანოს დაფა
• 1602A - ზოგადი თხევადი ბროლის ჩვენება
• CJMCU - AD9833 ფუნქციის გენერატორის მოდული
• TP4056 - Li -ion ბატარეის დამტენი მოდული
• DC-DC Step-Up დაფარული მოდული: 1.5V-3V to 5V კონვერტორი

1.2: ინტეგრირებული სქემები:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT სარელეო
• X9C104P - 8 ბიტიანი 100KOhm ციფრული პოტენომეტრი
• EC11 - მბრუნავი კოდირება SPST გადამრთველით
• 2 x 2N2222A - NPN ზოგადი დანიშნულების BJT

1.3: პასიური და არაკლასიფიცირებული ნაწილები:

• 2 x 0.1uF -კერამიკული კონდენსატორები
• 2 x 100uF - ელექტროლიტური კონდენსატორები
• 2 x 10uF - ელექტროლიტური კონდენსატორები
• 3 x 10KOhm რეზისტორები
• 2 x 1.3KOhm რეზისტორები
• 1 x 1N4007 მაკორექტირებელი დიოდი
• 1 x SPDT გადამრთველი გადამრთველი

1.4: კონექტორები:

• 3 x 4 პინიანი JST 2.54 მმ მოედანზე კონექტორები
• 3 x 2-pin JST 2.54 მმ მოედანზე კონექტორები
• 1 x RCA მიმღების კონექტორი

2: მექანიკური ნაწილები:

• 1 x 12.5 სმ x 8 სმ x 3.2 სმ პლასტიკური დანართი
• 6 x KA-2 მმ გამყვანი ხრახნები
• 4 x KA-8 მმ საბურღი ხრახნები
• 1 x კოდირების ღილაკი (თავსახური)
• 1 x 8 სმ x 5 სმ პროტოტიპის დაფა

3. ინსტრუმენტები და პროგრამული უზრუნველყოფა:

• შედუღების სადგური/რკინა
• ელექტრო ხრახნიანი
• მრავალი ზომის ფაილების დაფქვა
• Ბასრი დანა
• საბურღი ბიტი
• Screwdriver ბიტი
• ცხელი წებოს იარაღი
• მინი USB კაბელი
• Arduino IDE
• კალიპერი/მმართველი

ნაბიჯი 3: სქემის ახსნა

სქემატური დიაგრამის გაგების გასაადვილებლად, აღწერა დაყოფილია ქვე სქემებში, ხოლო თითოეულ ქვეგანყოფილებას ეკისრება პასუხისმგებლობა დიზაინის თითოეულ ბლოკზე:

1. Arduino Nano Circuit:

Arduino Nano მოდული მოქმედებს როგორც "მთავარი ტვინი" ჩვენი მოწყობილობისთვის. ის აკონტროლებს ყველა პერიფერიულ მოდულს მოწყობილობაზე, ციფრული და ანალოგური მუშაობის რეჟიმში. ვინაიდან ამ მოდულს აქვს საკუთარი მინი USB შეყვანის კონექტორი, ის გამოყენებული იქნება როგორც კვების ბლოკის შესასვლელად, ასევე პროგრამირების ინტერფეისის შესასვლელად. ამის გამო, J1 - მინი USB კონექტორი მოწყვეტილია არდუინო ნანოს (U4) სქემატური სიმბოლოდან.

არსებობს ვარიანტი გამოსაყენებელი ანალოგური ქინძისთავების (A0.. A5), როგორც ზოგადი დანიშნულების I/O გამოყენებისათვის, ამიტომ ზოგიერთი ქინძისთავები გამოიყენება როგორც ციფრული გამომავალი, რომელიც აკავშირებს LCD და AC/DC აპარატის მოწყობილობის გამომავალს. ანალოგური ქინძისთავები A6 და A7 გამოყოფილია ანალოგური შესასვლელი ქინძისთავებით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას მხოლოდ როგორც ADC შეყვანა, Arduino Nano მიკროკონტროლის ATMEGA328P TQFP პაკეტის გამო, როგორც ეს განსაზღვრულია მონაცემთა ცხრილში. გაითვალისწინეთ, რომ ბატარეის ძაბვის ხაზი VBAT მიმაგრებულია ანალოგიურ შესასვლელთან A7, რადგან ჩვენ უნდა მივიღოთ მისი მნიშვნელობა, რათა განვსაზღვროთ Li-ion ბატარეის ძაბვის დაბალი ბატარეის მდგომარეობა.

2. ელექტრომომარაგება:

კვების ბლოკი ემყარება მთელი მოწყობილობის ენერგიას Li-ion ბატარეის საშუალებით 3.7V, რომელიც გარდაიქმნება 5V. SW1 არის SPST გადამრთველი, რომელიც აკონტროლებს ენერგიის ნაკადს მთელ წრეზე. როგორც სქემატებიდან ჩანს, როდესაც გარე კვების ბლოკი უკავშირდება Arduino Nano მოდულის მიკრო USB კონექტორს, ბატარეა იტენება TP4056 მოდულის საშუალებით. დარწმუნდით, რომ რამოდენიმე მნიშვნელობის შემოვლითი კონდენსატორი არის ჩართული წრეზე, ვინაიდან არის DC-DC გამაძლიერებელი გადამყვანი, რომელიც ახდენს ხმაურს მიწაზე და მთელი წრის 5V პოტენციალს.

3. AD9833 და გამომავალი:

ეს ქვე-წრე იძლევა შესაბამისი გამომავალი ტალღის ფორმას, განსაზღვრული AD9833 მოდულით (U1). ვინაიდან მოწყობილობაზე არის მხოლოდ ერთი კვების წყარო (5V), საჭიროა გამომავალ კასკადზე მიმაგრებული შერჩევის სქემის მიმაგრება. C1 კონდენსატორი სერიულად უკავშირდება ამპლიტუდის შერჩევის სტადიას და მისი გაჩუმება შესაძლებელია სარელეო ინდუქტორზე მამოძრავებელი დენის საშუალებით, რითაც ხდება გამომავალი სიგნალის მიკვლევა პირდაპირ გამომავალ ეტაპზე. C1– ს აქვს 10uF მნიშვნელობა, საკმარისია დაბალი სიხშირის ტალღის ფორმაც კი გაიაროს კონდენსატორში დამახინჯების გარეშე, მხოლოდ DC მოცილებით. Q1 გამოიყენება როგორც მარტივი BJT გადამრთველი, რომელიც გამოიყენება რელეს ინდუქტორში დენის გადასატანად. დარწმუნდით, რომ დიოდი უკავშირდება რელეს ინდუქტორს საპირისპირო გამოყოფით, რათა თავიდან აიცილოთ ძაბვის ვარდნა, რამაც შეიძლება დააზიანოს მოწყობილობის სქემები.

ბოლო, მაგრამ არანაკლებ მნიშვნელოვანი ეტაპი არის ამპლიტუდის შერჩევა. U6 არის 8 ბიტიანი ციფრული პოტენომეტრი IC, რომელიც მოქმედებს როგორც ძაბვის გამყოფი მოცემული გამომავალი ტალღის ფორმისთვის. X9C104P არის 100KOhm ციფრული პოტენომეტრი, wiper– ის ძალიან მარტივი პოზიციის რეგულირებით: 3 – პინიანი ციფრული საშუალებებით, მწმენდავის ზრდის/შემცირების პოზიციის შესაცვლელად.

4. LCD:

16x2 თხევადი ბროლის ჩვენება არის გრაფიკული ინტერფეისი მომხმარებლისა და მოწყობილობის სქემებს შორის. ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად, LCD განათების კათოდური პინი უკავშირდება Q2 BJT- ს, როგორც გადამრთველი, კონტროლირებადი PWM სიგნალით Arduino analogWrite უნარით (აღწერილი იქნება Arduino კოდის საფეხურზე).

5. კოდირება:

კოდირების სქემა არის საკონტროლო ინტერფეისი, რომელიც განსაზღვრავს მთლიანი მოწყობილობის მუშაობას. U9 შედგება კოდირებისა და SPST გადამრთველისგან, ამიტომ არ არის საჭირო პროექტში დამატებითი ღილაკების დამატება. კოდირებისა და გადართვის ქინძისთავები უნდა გაიყვანოს გარე 10KOhm რეზისტენტებით, მაგრამ ის ასევე შეიძლება განისაზღვროს კოდის საშუალებით. მიზანშეწონილია დაამატოთ 0.1uF კონდენსატორები კოდირების A და B ქინძისთავების პარალელურად, რათა თავიდან აიცილოთ ამ შეყვანის ხაზებზე გადახტომა.

6. JST კონექტორები:

მოწყობილობის ყველა გარე ნაწილი დაკავშირებულია JST კონექტორებით, რაც მოწყობილობის აწყობას ბევრად უფრო მოსახერხებელს ხდის, დამატებითი ფუნქციით, რომელიც შეამცირებს ადგილს შენობის პროცესში შეცდომების გამო. კონექტორების შედგენა ხდება შემდეგნაირად:

• J3, J4: LCD
• J5: კოდირება
• J6: ბატარეა
• J7: SPST გადამრთველი გადამრთველი
• J8: RCA გამომავალი კონექტორი

ნაბიჯი 4: შედუღება

ამ პროექტის მოდულური დიზაინის გამო, შედუღების ნაბიჯი ხდება მარტივი:

A. ძირითადი დაფის soldering:

1. უპირველეს ყოვლისა, საჭიროა პროტოტიპის დაფის მოჭრა სასურველი შიგთავსის ზომებზე.

2. არდუინო ნანოს მოდულის შედუღება და მისი საწყისი მუშაობის შემოწმება.

3. შედუღების დენის წყაროს ჩართვა და ძაბვის ყველა მნიშვნელობის შემოწმება შეესაბამება მოწყობილობის მოთხოვნებს.

4. შედუღების AD9833 მოდული ყველა პერიფერიული სქემით.

5. ყველა JST კონექტორის შედუღება.

ბ. გარე კომპონენტები:

1. JST მამრობითი კონექტორის მავთულის შეკრება LCD ქინძისთავებზე ზუსტად ისე, როგორც ეს იყო დაგეგმილი მთავარ დაფაზე.

2. JST მამრობითი კონექტორის მავთულის შედუღება კოდირებაზე წინა ნაბიჯის მსგავსად

3. შედუღების გადამრთველი გადართვა JST მავთულხლართებზე.

4. JST მავთულის შედუღება ბატარეაზე (თუ ეს საერთოდ საჭიროა. EBay– ზე არსებული Li-ion ბატარეების ნაწილი წინასწარ არის შედუღებული საკუთარი JST კონექტორით).

ნაბიჯი 5: დანართი და შეკრება

მას შემდეგ, რაც შედუღება დასრულდება, ჩვენ შეგვიძლია გავაგრძელოთ მოწყობილობის შეკრების თანმიმდევრობა:

1. დაფიქრდით მოწყობილობის გარე ნაწილების განთავსებაზე: ჩემს შემთხვევაში, მე მირჩევნია მოვათავსო კოდირება LCD– ის ქვემოთ, როდესაც გადამრთველი და RCA კონექტორი მოთავსებულია ყუთის ცალკეულ მხარეებზე.

2. LCD ჩარჩოს მომზადება: გადაწყვიტეთ სად იქნება LCD განთავსებული მოწყობილობაზე, დარწმუნდით, რომ ის სწორი მიმართულებით იქნება განთავსებული, რამდენჯერმე დამემართა, რომ მას შემდეგ, რაც დავამთავრე ყველა ჭრის პროცესი, LCD გადატრიალდა ვერტიკალურად, რომლის შესახებაც სამწუხაროა, რადგან საჭიროა LCD ჩარჩოს ხელახლა მოწყობა.

ჩარჩოს არჩევის შემდეგ, გაბურღეთ რამდენიმე ხვრელი მთლიანი ჩარჩოს პერიმეტრზე. ამოიღეთ ყველა არასასურველი პლასტიკური ნაჭერი სახეხი ფაილით.

ჩადეთ LCD შიგნიდან და იპოვეთ ხრახნიანი წერტილები შიგთავსზე. გაბურღეთ ხვრელები შესაბამისი დიამეტრის საბურღი ნაჭრებით. ჩადეთ გამოყვანილი ხრახნები და მიამაგრეთ თხილი წინა პანელის შიდა მხარეს.

3. კოდირება: აქვს მხოლოდ ერთი მბრუნავი ნაწილი პაკეტზე. გაბურღეთ ტერიტორია კოდირების მბრუნავი დანართის დიამეტრის მიხედვით. ჩადეთ შიგნიდან, მიამაგრეთ ცხელი წებოს იარაღით. მოათავსეთ თავსახური მბრუნავ დანართზე.

4. გადამრთველის გადართვა: გადაწყვიტეთ გადართვის გადამრთველის ზომები, რათა ის თავისუფლად დაიწიოს ქვემოთ ან ზემოთ. თუ თქვენ გაქვთ ხრახნიანი წერტილები გადამრთველზე, გაბურღეთ შესაბამისი ადგილები შიგთავსზე, წინააღმდეგ შემთხვევაში შეგიძლიათ მიამაგროთ იგი ცხელი წებოს იარაღით.

5. RCA გამომავალი კონექტორი: გაბურღეთ შესაბამისი დიამეტრის ხვრელი RCA გამომავალი კონექტორისთვის შიგთავსის გვერდით-ქვედა მხარეს. მიამაგრეთ იგი ცხელი წებოს იარაღით.

6. მთავარი დაფა და ბატარეა: მოათავსეთ Li-ion ბატარეა შიგთავსის ქვედა მხარეს. ბატარეის დამაგრება შესაძლებელია ცხელი წებოს იარაღით. მთავარი დაფა უნდა გაბურღულიყო ოთხ ადგილას 4 ხრახნისთვის თითოეული ძირითადი დაფის კუთხეში. დარწმუნდით, რომ Arduino მინი USB შეყვანა რაც შეიძლება ახლოს არის გარს შემოსაზღვრულ საზღვრებთან (ჩვენ მოგვიწევს მისი გამოყენება დატენვისა და პროგრამირების მიზნით).

7. მინი USB: გათიშეთ Arduino Nano მიკრო USB– ის სასურველი ადგილი საფქვავი ფაილით, რითაც შესაძლებელი გახდა გარე კვების ბლოკის/კომპიუტერის დაკავშირება მოწყობილობასთან, როდესაც ის მთლიანად შეიკრიბება.

8. დასკვნითი: შეაერთეთ ყველა JST კონექტორი, მიამაგრეთ შიგთავსის ორივე ნაწილი ოთხი 8 მმ -იანი ხრახნით შიგთავსის თითოეულ კუთხეში.

ნაბიჯი 6: Arduino კოდი

თანდართული კოდი არის მოწყობილობის სრული კოდი, რომელიც საჭიროა მოწყობილობის სრული მუშაობისთვის. ყველა საჭირო ახსნა თან ერთვის კომენტარის განყოფილებებს კოდის შიგნით.

ნაბიჯი 7: საბოლოო ტესტირება

ჩვენ გვაქვს მოწყობილობა გამოსაყენებლად. მინი-USB კონექტორი მოქმედებს როგორც პროგრამისტის შეყვანის, ასევე გარე დამტენის შესასვლელად, ასე რომ მოწყობილობას შეუძლია პროგრამირება, როდესაც ის მთლიანად აწყობილია.

ვიმედოვნებ, ეს სასწავლო ინსტრუქცია თქვენთვის სასარგებლო იქნება, Მადლობა წაკითხვისთვის!;)