Arduino'da Portativ Fonksiyon Generatoru: 7 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Xüsusilə dövrəmizin müəyyən bir siqnala cavabını sınamağı düşündüyümüz zaman funksiya generatoru çox faydalı bir vasitədir. Bu təlimatda kiçik, istifadəsi asan, portativ funksiya generatorunun bina ardıcıllığını təsvir edəcəyəm.

Layihənin xüsusiyyətləri:

• Tam rəqəmsal idarəetmə: passiv analoq komponentlərə ehtiyac yoxdur.
• Modul dizayn: Hər bir alt dövrə əvvəlcədən təyin edilmiş asan bir moduldur.
• Çıxış tezliyi: 0Hz -dən 10MHz -ə qədər mövcuddur.
• Sadə idarəetmə: Daxili düymə ilə tək fırlanan kodlayıcı.
• Portativ istifadə üçün Li-ion batareya, xarici şarj qabiliyyəti ilə.
• Çıxış dalğa forması üçün AC və DC birləşmə.
• Enerji istehlakını azaltmaq üçün LCD Parlaqlıq İdarəedicisi.
• Batareya doldurma göstəricisi.
• Rəqəmsal amplituda nəzarət.
• Üç mövcud dalğa forması: Sinus, üçbucaq və kvadrat.

Addım 1: Fikir

Dövrün müəyyən bir dalğa formasına reaksiyası haqqında məlumat əldə etmək üçün bəzi sınaq cihazları tələb edən bir çox dövrə var. Bu layihə Arduino (bu vəziyyətdə Arduino Nano) əsasında, 3.7V Lityum-İon batareya ilə təchiz edilmiş və beləliklə cihazı portativ edir. Məlumdur ki, Arduino Nano lövhəsi 5V enerji təchizatı tələb edir, buna görə elektron dizaynda 3.7V batareya gərginliyini Arduino-nu işə salmaq üçün lazım olan 5V-ə çevirən DC-DC gücləndirici çeviricisi var. Beləliklə, bu layihəni qurmaq asandır, tamamilə modul, nisbətən sadə sxematik diaqramdır.

Lövhəni gücləndirmək: Cihaz, PC və ya xarici USB şarj cihazı ola bilən xarici enerji təchizatından 5V qəbul edən tək bir mini-USB konnektoruna malikdir. 5V DC mənbəyi qoşulduqda Li-ion batareyası, enerji təchizatı sxeminə bağlı olan TP4056 şarj cihazı modulu ilə doldurulacaq şəkildə dizayn edilmişdir (Mövzu aşağıdakı addımlarda daha da genişləndiriləcəkdir).

AD9833: inteqrasiya edilmiş funksiya generatoru, dizaynın mərkəzi hissəsidir, SPI interfeysi ilə idarə olunur, tezlik modulyasiya seçimi ilə kvadrat/sinus/üçbucaq dalğası yarada bilir. AD9833-ün çıxış siqnalının amplitüdünü dəyişdirmək qabiliyyəti olmadığından, cihazın çıxış son nöqtəsində bir gərginlik bölücü olaraq rəqəmsal 8 bitlik potensiometrdən istifadə etdim (Sonrakı addımlarda təsvir ediləcək).

Ekran: Arduino istifadəçiləri arasında bəlkə də ən populyar maye kristal ekranı olan əsas 16x2 LCD-dir. Enerji istehlakını azaltmaq üçün Arduinonun əvvəlcədən təyin edilmiş "analoq" pinindən PWM siqnalı ilə LCD arxa işığı tənzimləmək imkanı var.

Bu qısa girişdən sonra tikinti prosesinə davam edə bilərik.

Addım 2: Parçalar və Alətlər

1: Elektron hissələr:

1.1: İnteqrasiya edilmiş Modullar:

• Arduino Nano lövhəsi
• 1602A - Ümumi maye kristal ekran
• CJMCU - AD9833 Function generator modulu
• TP4056 - Li -ion batareya şarj modulu
• DC-DC Step-Up örtük modulu: 1.5V-3V-dən 5V-ə qədər çevirici

1.2: İnteqrasiya edilmiş sxemlər:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT rölesi
• X9C104P - 8 bitlik 100KOhm rəqəmsal potensiometr
• EC11 - SPST açarı olan Rotary Encoder
• 2 x 2N2222A - NPN ümumi təyinatlı BJT

1.3: Pasif və təsnif edilməmiş hissələr:

• 2 x 0.1uF -Seramik kondansatörler
• 2 x 100uF - Elektrolitik kondansatörler
• 2 x 10 uF - Elektrolitik kondansatörler
• 3 x 10KOhm Rezistorlar
• 2 x 1.3KOhm Rezistorlar
• 1 x 1N4007 Düzəldici diod
• 1 x SPDT keçid açarı

1.4: Bağlayıcılar:

• 3 x 4 pinli JST 2.54mm pitch konnektoru
• 3 x 2 pinli JST 2.54mm pitch konnektoru
• 1 x RCA Priz konnektoru

2: Mexaniki hissələr:

• 1 x 12.5cm x 8cm x 3.2cm Plastik qutu
• 6 x KA-2mm vintlər
• 4 x KA-8mm qazma vintləri
• 1 x Enkoder düyməsi (Qapaq)
• 1 x 8cm x 5cm prototip lövhəsi

3. Alətlər və Proqram təminatı:

• Lehim stansiyası/dəmir
• Elektrikli tornavida
• Çoxsaylı ölçülü faylları üyütmək
• İti bıçaq
• Matkap ucları
• Tornavida ucları
• İsti yapışqan silahı
• Mini USB kabel
• Arduino IDE
• Kaliper/hökmdar

Addım 3: Sxemlərin izahı

Şematik diaqramı başa düşməyi asanlaşdırmaq üçün təsviri alt sxemlərə bölünür, hər bir alt dövrənin hər bir dizayn bloku üçün məsuliyyəti vardır:

1. Arduino Nano Dövrü:

Arduino Nano modulu cihazımız üçün "Əsas Beyin" rolunu oynayır. Cihazdakı bütün periferik modulları həm rəqəmsal, həm də analog iş rejimində idarə edir. Bu modulun öz mini USB giriş konnektoru olduğu üçün həm enerji təchizatı girişi, həm də proqramlaşdırma interfeysi girişi olaraq istifadə ediləcək. Bu səbəbdən, J1 - mini -USB konnektoru Arduino Nanonun (U4) sxematik simvolundan ayrılmışdır.

Xüsusi analoq pinlərdən (A0.. A5) ümumi təyinatlı I/O kimi istifadə etmək üçün bir seçim var, buna görə də pinlərin bir hissəsi rəqəmsal çıxış kimi istifadə olunur, cihazın çıxışının seçilməsi üçün LCD və AC/DC birləşməsi ilə əlaqə qurur. A6 və A7 analoq pinləri xüsusi analoq giriş pinləridir və məlumat cədvəlində təyin olunduğu kimi Arduino Nano ATMEGA328P TQFP paketi sayəsində yalnız ADC girişləri kimi istifadə edilə bilər. Diqqət yetirin ki, VBAT batareya gərginliyi xətti A7 analog giriş pininə bağlıdır, çünki Li-ion batareya gərginliyinin aşağı batareya vəziyyətini təyin etmək üçün onun dəyərini almalıyıq.

2. Enerji təchizatı:

Enerji təchizatı dövrəsi, bütün cihazı Li-ion batareyası ilə 3.7V-dən 5V-ə çevirməklə qurulur. SW1, bütün dövrədə güc axını idarə edən bir SPST keçid açarıdır. Sxemlərdən göründüyü kimi, xarici enerji təchizatı Arduino Nano modulunun mikro-USB konnektoru vasitəsilə qoşulduqda, batareya TP4056 modulu vasitəsilə doldurulur. Zəmində bir DC-DC gücləndirici çeviricinin keçid səs-küyü və bütün dövrənin 5V potensialı olduğu üçün dövrədə bir neçə dəyərdə olan bypass kondansatörlərinin mövcud olduğundan əmin olun.

3. AD9833 və Çıxış:

Bu alt dövrə, AD9833 modulu (U1) tərəfindən təyin olunan uyğun çıxış dalğa formasını təmin edir. Cihazda (5V) yalnız bir enerji təchizatı olduğundan, çıxış şəlaləsinə birləşmə seçmə sxemini bağlamaq lazımdır. C1 kondansatörü, amplituda seçim mərhələsinə ardıcıl olaraq bağlanır və röle induktoru üzərindəki sürücülük cərəyanı ilə susdurula bilər, beləliklə çıxış siqnalını birbaşa çıxış mərhələsinə qədər izləyir. C1 10uF dəyərinə malikdir, hətta aşağı tezliklərin dalğa formasının təhrif edilmədən kondansatördən keçməsi kifayətdir, yalnız DC çıxarılmasından təsirlənir. Q1, rölenin induktoru vasitəsilə cərəyanı idarə etmək üçün istifadə olunan sadə BJT açarı kimi istifadə olunur. Cihazın sxemlərinə zərər verə biləcək gərginlik sıçrayışlarının qarşısını almaq üçün diodun röle indüktörünə tərs bir şəkildə bağlandığından əmin olun.

Sonuncu mərhələ amplitüd seçimidir. U6, müəyyən bir çıxış dalğa forması üçün gərginlik bölücü rolunu oynayan 8 bitlik rəqəmsal potansiyometrdir. X9C104P, silinmə mövqeyini çox sadə tənzimləyən 100KOhm rəqəmsal potensiometrdir: artım/azalma silecek mövqeyini tənzimləmək üçün 3 pinli rəqəmsal girişlər.

4. LCD:

16x2 Maye kristal ekran istifadəçi ilə cihazın dövrə arasındakı qrafik interfeysdir. Enerji istehlakını azaltmaq üçün, LCD arxa işığı katot pimi, Arduino analogWrite qabiliyyəti ilə idarə olunan PWM siqnalı ilə idarə olunan açar olaraq bağlanan Q2 BJT -yə qoşulur (Arduino kod addımında təsvir ediləcək).

5. Enkoder:

Enkoder dövrəsi, bütün cihazın işini təyin edən bir nəzarət interfeysidir. U9 kodlayıcıdan və SPST açarından ibarətdir, buna görə layihəyə əlavə düymələr əlavə etməyə ehtiyac yoxdur. Enkoder və keçid sancaqları xarici 10KOhm rezistorlar tərəfindən çəkilməlidir, ancaq kod vasitəsilə də müəyyən edilə bilər. Bu giriş xətlərində sıçramamaq üçün kodlayıcı A və B sancaqlarına paralel olaraq 0.1uF kondansatörlər əlavə etmək tövsiyə olunur.

6. JST Bağlayıcıları:

Cihazın bütün xarici hissələri JST konnektorları vasitəsi ilə bağlanır, beləliklə, cihazın montajı zamanı səhvlərin yerini azaltmaq üçün əlavə bir xüsusiyyəti ilə cihazı yığmağı daha rahat edir. Bağlayıcıların xəritələnməsi bu şəkildə aparılır:

• J3, J4: LCD
• J5: Kodlayıcı
• J6: Batareya
• J7: SPST keçid açarı
• J8: RCA çıxış konnektoru

Addım 4: Lehimləmə

Bu layihənin modul dizaynı sayəsində lehimləmə mərhələsi asanlaşır:

A. Ana lövhə lehimləmə:

1. Hər şeydən əvvəl, prototip lövhəsini istədiyiniz korpus ölçüləri ölçüsündə kəsmək lazımdır.

2. Arduino Nano modulunun lehimlənməsi və ilkin işinin sınanması.

3. Lehimləmə enerji təchizatı dövrəsi və bütün gərginlik dəyərlərinin yoxlanılması cihazın tələblərinə uyğun gəlir.

4. AD9833 modulunun bütün periferik sxemlərlə lehimlənməsi.

5. Bütün JST bağlayıcılarının lehimlənməsi.

B. Xarici komponentlər:

1. Ana lövhədə planlaşdırıldığı kimi JST kişi konnektorunun tellərini LCD sancaqlarına TƏKMİM qaydada lehimləmək.

2. JST Male konnektorunun tellərini kodlayıcıya əvvəlki mərhələyə bənzər şəkildə lehimləmək

3. Lehim keçidini JST tellərinə keçirin.

4. Batareyaya JST tellərinin lehimlənməsi (Əgər ehtiyac olarsa. EBay-də mövcud olan Li-ion batareyaların bəziləri öz JST konnektoru ilə əvvəlcədən lehimlənmişdir).

Addım 5: Qapaq və Montaj

Bütün lehimləmə işləri başa çatdıqdan sonra cihazın yığılması ardıcıllığına davam edə bilərik:

1. Cihazın xarici hissələrinin yerləşdirilməsini düşünün: Mənim vəziyyətimdə, keçid açarı və RCA konnektoru, qutunun ayrı tərəflərinə yerləşdirildikdə, kodlayıcıyı LCD -nin altına yerləşdirməyi üstün tutdum.

2. LCD çərçivə hazırlamaq: LCD -nin cihazda harada yerləşəcəyinə qərar verin, düzgün istiqamətdə yerləşdiriləcəyinə əmin olun, bir neçə dəfə başıma gəldi ki, bütün kəsmə prosesini bitirdikdən sonra LCD şaquli olaraq tərsinə çevrildi. kədərlidir, çünki LCD çərçivəsini yenidən düzəltmək lazımdır.

Çərçivə seçildikdən sonra, bütün çərçivənin perimetri boyunca bir neçə delik açın. Bütün lazımsız plastik kəsikləri daşla kəsin.

LCD -ni içəridən daxil edin və korpusdakı vida nöqtələrini tapın. Müvafiq diametrli matkap ucları ilə deliklər qazın. Ön panelin iç tərəfinə çəkilmiş vintləri daxil edin və qoz -fındıq bağlayın.

3. Encoder: paketdə yalnız bir fırlanan hissə var. Sahəni enkoderin fırlanan əlavə diametrinə görə qazın. İçəridən daxil edin, isti yapışqan silahı ilə bağlayın. Döner qoşma üzərində bir qapaq qoyun.

4. Keçid açarı: keçid açarının ölçülərinə qərar verin, buna görə sərbəst şəkildə aşağı və ya yuxarı çəkilə bilər. Keçid açarında vida nöqtələri varsa, korpusdakı uyğun yerləri qazın, əks halda isti yapışqan tabancası ilə bağlaya bilərsiniz.

5. RCA çıxış konnektoru: Kassanın yan-alt tərəfində RCA çıxış konnektoru üçün uyğun diametrli delik açın. İsti yapışqan tabancası ilə bərkidin.

6. Ana lövhə və batareya: Li-ion batareyanı korpusun alt tərəfinə yerləşdirin. Batareya isti yapışqan tabancası ilə bərkidilə bilər. Ana lövhə, hər bir ana lövhənin küncündə 4 vida üçün dörd yerdə qazılmalıdır. Arduino mini-USB girişinin korpus sərhədinə mümkün qədər yaxın olduğundan əmin olun (Şarj etmək və proqramlaşdırmaq üçün istifadə etməli olacağıq).

7. Mini-USB: Arduino Nano micro-USB üçün istədiyiniz sahəni bir daşlama faylı ilə kəsin, beləliklə tamamilə yığıldıqda cihaza xarici enerji təchizatı/PC bağlamağı mümkün edin.

8. Final: Bütün JST konnektorlarını bağlayın, hər iki hissəni korpusun hər küncündə 8 mm -lik dörd vida ilə bağlayın.

Addım 6: Arduino Kodu

Əlavə edilmiş kod, cihazın tam işləməsi üçün lazım olan tam cihaz kodudur. Lazım olan bütün izahatlar kodun içindəki şərh bölmələrində əlavə olunur.

Addım 7: Yekun Test

Cihazımız istifadəyə hazırdır. mini-USB konnektoru həm proqramçı girişi, həm də xarici şarj cihazı girişi kimi çıxış edir, buna görə də cihaz tamamilə yığıldıqda proqramlaşdırıla bilər.

Ümid edirik ki, bu öyrədici faydalı olacaq, Oxuduğunuz üçün təşəkkürlər!;)