Схема генератора сигналов на микроконтроллере – Генератор сигналов на МК ATtiny2313

Конструктор для сборки простого DDS генератора сигналов

Продолжая тему электронных конструкторов я хочу и в этот раз рассказать о одном из устройств для пополнения арсенала измерительных приборов начинающего радиолюбителя.
Правда измерительным это устройство не назовешь, но то что оно помогает при измерениях это однозначно.

Довольно часто радиолюбителю, да и не только, приходится сталкиваться с необходимостью проверки разных электронных устройств. Это бывает как на этапе отладки, так и на этапе ремонта.
Для проверки бывает необходимо проследить прохождение сигнала по разным цепям устройства, но само устройство не всегда позволяет это сделать без внешних источников сигнала.
Например при настройке/проверке многокаскадного НЧ усилителя мощности.

Для начала стоит немного объяснить о чем пойдет речь в данном обзоре.
Рассказать я хочу о конструкторе, позволяющим собрать генератор сигналов.

Генераторы бывают разные, например ниже тоже генераторы 🙂

Но собирать мы будем генератор сигналов. Я много лет пользуюсь стареньким аналоговым генератором. В плане генерации синусоидальных сигналов он очень хорош, диапазон частот 10-100000Гц, но имеет большие габариты и не умеет выдавать сигналы других форм.

В данном случае же собирать будем DDS генератор сигналов.
DDS это Direct Digital Synthesizer или на русском — схема прямого цифрового синтеза.
Данное устройство может формировать сигналы произвольной формы и частоты используя в качестве задающего внутренний генератор с одной частотой.
Преимущества данного типа генераторов в том, что можно иметь большой диапазон перестройки с очень мелким шагом и при необходимости иметь возможность формирования сигналов сложных форм.

Как всегда, для начала, немного об упаковке.
Помимо стандартной упаковки, конструктор был упакован в белый плотный конверт.
Все компоненты сами находились в антистатическом пакете с защелкой (довольно полезная в хозяйстве радиолюбителя вещь 🙂 )

Внутри упаковки компоненты были просто насыпом, и при распаковке выглядели примерно так.

Дисплей был обернут пупырчатым полиэтиленом. Примерно с год назад я уже делал обзор такого дисплея с применением, потому останавливаться на нем не буду, скажу лишь что доехал он без происшествий.
В комплекте также присутствовали два BNC разъема, но более простой конструкции чем в обзоре осциллографа.

Отдельно на небольшом кусочке вспененного полиэтилена были микросхемы и панельки для них.
В устройстве применен микроконтроллер ATmega16 фирмы Atmel.
Иногда люди путают названия, называя микроконтроллер процессором. На самом деле это разные вещи.
Процессор это по сути просто вычислитель, микроконтроллер же в своем составе содержит кроме процессора ОЗУ и ПЗУ, и также могут присутствовать различные периферийные устройства, ЦАП, АЦП, ШИМ контроллер, компараторы и т.п.

Вторая микросхема — Сдвоенный операционный усилитель LM358. Самый обычный, массовый, операционный усилитель.

Сначала разложим весь комплект и посмотрим что же нам дали.
Печатная плата
Дисплей 1602
Два BNC разъема
Два переменных резистора и один подстроечный
Кварцевый резонатор
Резисторы и конденсаторы
Микросхемы
Шесть кнопок
Разные разъемы и крепеж

Печатная плата с двухсторонней печатью, на верхней стороне нанесена маркировка элементов.
Так как принципиальная схема в комплект не входит, то на плату нанесены не позиционные обозначения элементов, а их номиналы. Т.е. все собрать можно и без схемы.

Металлизация выполнена качественно, замечаний у меня не возникло, покрытие контактных площадок отличное, паяется легко.

Переходы между сторонами печати сделаны двойными.
Почему сделано именно так, а не как обычно, я не знаю, но это только добавляет надежности.

Сначала по печатной плате я начал чертить принципиальную схему. Но уже в процессе работы я подумал, что наверняка при создании данного конструктора использовалась какая нибудь уже известная схема.
Так и оказалось, поиск в интернет вывел меня на изначальную версию данного устройства.
По ссылке можно найти, схему, печатную плату и исходники с прошивкой.
Но я все равно решил дочертить схему в именно том виде как она есть и могу сказать, что она на 100% соответствует исходному варианту. Разработчики конструктора просто разработали свой вариант печатной платы. Это означает, что если существуют альтернативные прошивки данного прибора, то они будут работать и здесь.
Есть замечание к схемотехнике, выход HS взят прямо с вывода процессора, никаких защит нет, потому есть шанс случайно сжечь этот выход 🙁

Раз уж рассказывать, то стоит описать функциональные узлы данной схемы и расписать некоторые из них более расширенно.
Я сделал цветной вариант принципиальной схемы, на котором цветом выделил основные узлы.

Мне тяжело подобрать названия цветам, потом буду описывать как смогу 🙂
Фиолетовый слева — узел первоначального сброса и принудительного при помощи кнопки.
При подаче питания конденсатор С1 разряжен, благодаря чему на выводе Сброс процессора будет низкий уровень, по мере заряда конденсатора через резистор R14 напряжение на входе Сброс поднимется и процессор начнет работу.
Зеленый — Кнопки переключения режимов работы
Светло фиолетовый? — Дисплей 1602, резистор ограничения тока подсветки и подстроечный резистор регулировки контрастности.
Красный — узел усилителя сигнала и регулировки сдвига относительно нуля (ближе к концу обзора показано что он делает)
Синий — ЦАП. Цифро Аналоговый Преобразователь. Собран ЦАП по схеме R2R матрицы, это один из самых простых вариантов ЦАП. В данном случае применен 8 бит ЦАП, так как используются все выводы одного порта микроконтроллера. Изменяя код на выводах процессора можно получить 256 уровней напряжения (8 бит). Состоит данный ЦАП из набора резисторов двух номиналов, отличающихся друг от друга в 2 раза, от этого и пошло название, состоящее из двух частей R и 2R.
Преимущества такого решения — большая скорость при копеечной стоимости, резисторы лучше применять точные. Мы с товарищем применяли такой принцип но для АЦП, выбор точных резисторов был невелик, потому мы использовали немного другой принцип, ставили все резисторы одного номинала, но там где надо 2R, применяли 2 последовательно включенных резистора.
Такой принцип Цифро аналогового преобразования был в одной из первых «звуковых карт» — Covox. Там была также R2R матрица, подключаемая к LPT порту.
Как я выше писал, в данном конструкторе ЦАП имеет разрешение 8 бит, или 256 уровней сигнала, для простого прибора этого более чем достаточно.

На странице автора кроме схемы, прошивки и т.п. обнаружилась блок-схема данного прибора.
По ней более понятная связ узлов.

С основной частью описания закончили, расширенная будет далее по тексту, а мы перейдем непосредственно к сборке.
Как и в прошлых примерах начать я решил с резисторов.

В данном конструкторе резисторов много, но номиналов всего несколько.
Основное количество резисторов имеют всего два номинала, 20к и 10к и почти все задействованы в R2R матрице.
Чтобы немного облегчить сборку, скажу что можно даже не определять их сопротивелние, просто 20к резисторов 9 штук, а 10к резисторов соответственно 8 🙂

В этот раз я применил несколько другую технологию монтажа. мне она нравится меньше, чем предыдущие, но также имеет право на жизнь. Такая технология в некоторых случаяюх ускоряет монтаж, особенно на большом количестве одинаковых элементов.
В данном случае выводы резисторов формуются также как и раньше, после этого на плату устанавливается сначала все резисторы одного номинала, потом второго, получаются две такие линейки компонентов.

С обратной стороны выводы немного загибаются, но несильно, главное чтобы элементы не выпали, и плата кладется на стол выводами вверх.

Дальше берем припой в одну руку, паяльник в другую и пропаиваем все заполненные контактные площадки.
Сильно усердствовать с количеством компонентов не стоит, так как если набить так сразу всю плату, то в этом «лесу» можно и заблудиться 🙂

В конце обкусываем торчащие выводы компонентов впритык к припою. Бокорезами можно захватывать сразу несколько выводов (4-5-6 штук за один раз).
Лично я такой способ монтажа не очень приветствую и показал его просто ради демонстрации различных вариантов сборки.
Из недостатков такого способа:
После обрезки получаются острые торчащие кончики
Если компоненты стоят не в ряд, то легко получается каша из выводов, где все начинает путаться и это только тормозит работу.

Из достоинств:
Высокая скорость монтажа однотипных компонентов установленных в один — два ряда
Так как выводы сильно не загибаются, то облегчается демонтаж компонента.

Такой способ монтажа можно часто встретить в дешевых компьютерных блоках питания, правда там выводы не обкусывают, а срезают чем то типа режущего диска.

После монтажа основного количества резисторов у нас останется несколько штук разного номинала.
С парой понятно, это два резистора 100к.
Три последних резистора это —
коричневый — красный — черный — красный — коричневый — 12к
красный — красный — черный — черный — коричневый — 220 Ом.
коричневый — черный — черный — черный — коричневый — 100 Ом.

Запаиваем последние резисторы, плата после этого должна выглядеть примерно так.

Резисторы с цветовой маркировкой вещь хорошая, но иногда возникает путаница с тем, откуда считать начало маркировки.
И если с резисторами, где маркировка состоит из четырех полосок, проблем обычно не возникает, так как последняя полоска чаще либо серебряная либо золотая, то с резисторами где маркировка из пяти полос, могут возникнуть проблемы.

Дело в том, что последняя полоса может иметь цвет как у полосок означающих номинал.

Для облегчения распознавания маркировки, последняя полоса должна отстоять от остальных, но это в идеальном случае. В реальной же жизни все бывает совсем не так как задумывалось и полоски идут в ряд на одном расстоянии друг от друга.
К сожалению в таком случае помочь может либо мультиметр, либо просто логика (в случае сборки устройства из набора), когда просто убираются все известные номиналы, а уже по оставшимся можно понять что за номинал перед нами.
Для примера пара фото вариантов маркировки резисторов в этом наборе.
1. На двух соседних резисторов попалась «зеркальная» маркировка, где не имеет значения откуда читать номинал 🙂
2. Резисторы на 100к, видно что последняя полоска стоит чуть дальше от основных (на обоих фото номинал читается слева — направо).

Ладно, с резисторами и их сложностями в маркировке закончили, перейдем к более простым вещам.
Конденсаторов в этом наборе всего четыре, при этом они парные, т.е. всего два номинала по две штуки каждого.

Также в комплекте дали кварцевый резонатор на 16 МГц.

О конденсаторах и кварцевом резонаторе я рассказывал в прошлом обзоре, потому просто покажу куда они должны устанавливаться.
Видимо изначально все конденсаторы задумывались одного типа, но конденсаторы на 22 пФ заменили небольшими дисковыми. Дело в том, что место на плате рассчитано под расстояние между выводами 5мм, а мелкие дисковые имеют всего 2.5мм, потому придется выводы им немного разогнуть. Разгибать придется около корпуса (благо выводы мягкие), так как из-за того что над ними стоит процессор, то необходимо получить минимальную высоту над платой.

В комплекте к микросхемам дали пару панелек и несколько разъемов.
На следующем этапе они нам и понадобятся, а кроме них возьмем длинный разъем (мама) и четырехконтактного «папу» (на фото не попал).

Панельки для установки микросхем дали самые обычные, хотя если сравнивать с панельками времен СССР, то шик.
На самом деле, как показывает практика, такие панельки в реальной жизни служат дольше самого прибора.
На панельках присутствует ключ, небольшой вырез на одной из коротких сторон. Собственно самой панельке все равно как вы ее поставите, просто потом по вырезу удобнее ориентироваться при установке микросхем.

При установке панелек устанавливаем их также как сделано обозначение на печатной плате.

После установки панелек плата начинает приобретать некоторый вид.

Управление прибором производится при помощи шести кнопок и двух переменных резисторов.
В оригинале прибора использовалось пять кнопок, шестую добавил разработчик конструктора, она выполняет функцию сброса. Если честно, то я не совсем понимаю пока ее смысл в реальном применении так как за все время тестов она мне ни разу не понадобилась.

Выше я писал что в комплекте дали два переменных резистора, также в комплекте еще был подстроечный резистор. Немного расскажу про эти компоненты.
Переменные резисторы предназначены для оперативного изменения сопротивления, кроме номинала имеют еще маркировку функциональной характеристики.
Функциональная характеристика это то, как будет меняться сопротивление резистора при повороте ручки.
Существует три основные характеристики:
А (в импортном варианте В) — линейная, изменение сопротивления линейно зависит от угла поворота. Такие резисторы, например, удобно применять в узлах регулировки напряжения БП.
Б (в импортном варианте С) — логарифмическая, сопротивление сначала меняется резко, а ближе к середине более плавно.
В (в импортном варианте A) — обратно-логарифмическая, сопротивление сначала меняется плавно, ближе к середине более резко. Такие резисторы обычно применяют в регуляторах громкости.
Дополнительный тип — W, производится только в импортном варианте. S-образная характеристика регулировки, гибрид логарифмического и обратно-логарифмического. Если честно, то я не знаю где такие применяются.
Кому интересно, могут почитать здесь подробнее.
Кстати мне попадались импортные переменные резисторы у которых буква регулировочной характеристики совпадала с нашей. Например вот современный импортный переменный резистор имеющий линейную характеристику и букву А в обозначении. Если есть сомнения, то лучше искать дополнительную информацию на сайте.
В комплекте к конструктору дали два переменных резистора, причем маркировку имел только один 🙁

Также в комплекте был один подстроечный резистор. по своей сути это то же самое что переменный, только он не рассчитан на оперативную регулировку, а скорее — подстроил и забыл.
Такие резисторы обычно имеют шлиц под отвертку, а не ручку, и только линейную характеристику изменения сопротивления (по крайней мере другие мне не попадались).

Запаиваем резисторы и кнопки и переходим к BNC разъемам.
Если планируется использовать устройство в корпусе, то возможно стоит купить кнопки с более длинным штоком, чтобы не наращивать те, что дали в комплекте, так будет удобнее.
А вот переменные резисторы я бы вынес на проводах, так как расстояние между ними очень маленькое и пользоваться в таком виде будет неудобно.

BNC разъемы хоть и попроще, чем в обзоре осциллографа, но мне понравились больше.
Ключевое — их легче паять, что немаловажно для начинающего.
Но появилось и замечание, конструкторы так близко поставили разъемы на плате, что закрутить две гайки невозможно в принципе, всегда одна будет сверху другой.
Вообще в реальной жизни редко когда необходимы оба разъема сразу, но если бы конструкторы раздвинули их хотя бы на пару миллиметров, то было бы гораздо лучше.

Собственно пайка основной платы завершена, теперь можно установить на свое место операционный усилитель и микроконтроллер.

Перед установкой я обычно немного изгибаю выводы так, чтобы они были ближе к центру микросхемы. Делается это очень просто, берется микросхема двумя руками за короткие стороны и прижимается вертикально стороной с выводами к ровному основанию, например к столу. Изгибать выводы надо не очень много, тут скорее дело привычки, но устанавливать в панельку потом микросхему гораздо удобнее.
При установке смотрим чтобы выводы случайно не загнулись внутрь, под микросхему, так как при отгибании обратно они могут отломиться.

Микросхемы устанавливаем в соответствии ключом на панельке, которая в свою очередь установлена в соответствии с маркировкой на плате.

На этом монтаж основной платы можно считать законченным.
После всех операций плата должна выглядеть примерно так.

Закончив с платой переходим к дисплею.
В комплекте дали штыревую часть разъема, который необходимо припаять.
после установки разъема я сначала припаиваю один крайний вывод, не важно красиво он припаян или нет, главное добиться того, чтобы разъем стоял плотно и перпендикулярно плоскости платы. Если необходимо, то прогреваем место пайки и подравниваем разъем.
После выравнивания разъема пропаиваем остальные контакты.

Все, можно промывать плату. В этот раз я это решил сделать до проверки, хотя обычно советую делать промывку уже после первого включения, так как иногда приходится еще что нибудь паять.
Но как показала практика, с конструкторами все гораздо проще и после сборки паять приходится редко.

Промывать можно разными способами и средствами, кто то использует спирт, кто то спирто-бензиновую смесь, я мою платы ацетоном, по крайней мере пока могу его купить.
Уже когда промыл, то вспомнил совет из предыдущего обзора по поводу щетки, так как я пользуюсь ваткой. Ничего, придется перенести эксперимент на следующий раз.

У меня в работе вработалась привычка после промывки платы покрывать ее защитным лаком, обычно снизу, так как попадание лака на разъемы недопустимо.
В работе я использую лак Пластик 70.
Данный лак очень «легкий», т.е. он при необходимости смывается ацетоном и пропаивается паяльником. Есть еще хороший лак Уретан, но с ним все заметно сложнее, он прочнее и паяльником пропаять его гораздо труднее. ТАкой лак используется для тяжелых условий эксплуатации и тогда, когда есть уверенность в том, что плату паять больше не будем, хотя бы какое то длительное время.

После покрытия лаком плата становится более глянцевой и приятной на ощупь, возникает некоторое ощущение законченности процесса 🙂
Жалко фото не передает общую картину.
Меня иногда смешили слова людей типа — этот магнитофон/телевизор/приемник ремонтировали, вон видно следы пайки 🙂
При хорошей и правильной пайке следов ремонта нет. Только специалист сможет понять, ремонтировали устройство или нет.

Пришла очередь установки дисплея. Для этого в комплекте дали четыре винтика М3 и две монтажные стойки.
Дисплей крепится только со стороны обратной разъему, так как со стороны разъема он держится собственно за сам разъем.

Устанавливаем стойки на основную плату, затем устанавливаем дисплей, ну и в конце фиксируем всю эту конструкцию при помощи двух оставшихся винтиков.
понравилось то, что даже отверстия совпали с завидной точностью, причем без подгонки, просто вставил и вкрутил винтики :).

Ну все, можно пробовать.
Подаю 5 Вольт на соответствующие контакты разъема и…
И ничего не происходит, только включается подсветка.
Не стоит пугаться и сразу искать решение на форумах, все нормально, так и должно быть.
Вспоминаем что на плате есть подстроечный резистор и он там не зря 🙂
Данным подстроечным резистором надо отрегулировать контрастность дисплея, а так как он изначально стоял в среднем положении, то вполне закономерно, что мы ничего не увидели.
Берем отвертку и вращаем этот резистор добиваясь нормального изображения на экране.
Если сильно перекрутить, то будет переконтраст, мы увидим все знакоместа сразу, а активные сегменты будут еле просматриваться, в этом случае просто крутим резистор в обратную сторону пока неактивные элементы не сойдут почти на нет.
Можно отрегулировать так, что неактивные элементы вообще не будут видны, но я обычно оставляю их еле заметными.

Дальше мне бы перейти к тестированию, да не тут то было.
Когда я получил плату, то первым делом заметил, что помимо 5 Вольт ей надо +12 и -12, т.е. всего три напряжения. Я прям вспомнил РК86, где надо было +5, +12 и -5 Вольт, причем подавать их надо было в определенной последовательности.

Если с 5 Вольт проблем не было, да и с +12 Вольт также, то -12 Вольт стали небольшой проблемой. Пришлось сделать небольшой временный блок питания.
Ну в процессе была классика, поиск по сусекам того из чего можно его собрать, трассировка и изготовление платы.

Так как трансформатор у меня был только с одной обмоткой, а импульсник городить не хотелось, то я решил собирать БП по схеме с удвоением напряжения.
Скажу честно, это далеко не самый лучший вариант, так как такая схема имеет довольно высокий уровень пульсаций, а запаса по напряжению, чтобы стабилизаторы могли его полноценно фильтровать у меня было совсем впритык.
Сверху та схема по которой делать более правильно, снизу та, по которой делал я.
Отличие между ними в дополнительной обмотке трансформатора и двух диодах.

Трансформатор я поставил также почти без запаса. Но при этом он достаточен при нормально сетевом напряжении.
Я бы рекомендовал применить трансформатор как минимум на 2 ВА, а лучше на 3-4ВА и имеющий две обмотки по 15 Вольт.
Кстати потребление платы небольшое, по 5 Вольт вместе с подсветкой ток составляет всего 35-38мА, по 12 Вольт ток потребления еще меньше, но зависит от нагрузки.

В итоге у меня вышла небольшая платка, по размерам чуть больше спичечного коробка, в основном в высоту.

Разводка платы на первый взгляд может показаться несколько странной, так как можно было повернуть трансформатор на 180 градусов и получить более аккуратную разводку, я так сначала и сделал.
Но в таком варианте выходило, что дорожки с сетевым напряжением оказывались в опасной близости от основной платы прибора и я решил немного изменить разводку. не скажу что стало отлично, но по крайней мере так хоть немного безопаснее.
Можно убрать место под предохранитель, так как с примененным трансформатором в нем нет особой нужды, тогда будет еще лучше.

Так выглядит полный комплект прибора. для соединения БП с платой прибора я спаял небольшой жесткий соединитель 4х4 контакта.

Плата БП подключается при помощи соединителя к основной плате и теперь можно переходить к описанию работы прибора и тестированию. Сборка на этом этапе окончена.
Можно было конечно поставить все это в корпус, но для меня такой прибор скорее вспомогательный, так как я уже смотрю в сторону более сложных DDS генераторов, но и стоимость их не всегда подойдет новичку, потому я решил оставить как есть.

Перед началом тестирования опишу органы управления и возможности устройства.
На плате есть 5 кнопок управления и кнопка сброса.
Но по поводу кнопки сброса думаю все понятно и так, а остальные я опишу более подробно.
Стоит отметить небольшой «дребезг» при переключении правой/левой кнопки, возможно программный «антидребезг» имеет слишком маленькое время, проявляется в основном только в режиме выбора частоты выхода в режиме HS и шага перестройки частоты, в остальных режимах проблем не замечено.
Кнопки вверх и вниз переключают режимы работы прибора.
1. Синусоидальный
2. Прямоугольный
3. Пилообразный
4. Обратный пилообразный

1. Треугольный
2. Высокочастотный выход (отдельный разъем HS, остальные формы приведены для выхода DDS)
3. Шумоподобный (генерируется случайным перебором комбинаций на выходе ЦАП)
4. Эмуляция сигнала кардиограммы (как пример того, что генерировать можно любые формы сигналов)

1-2. Изменять частоту на выходе DDS можно в диапазоне 1-65535ГЦ с шагом 1Гц
3-4. Отдельно есть пункт, позволяющий выбрать шаг перестройки, по умолчанию включается шаг 100Гц.
Изменять частоту работы и режимы можно только в режиме, когда генерация выключена., изменение происходит при помощи кнопок влево/вправо.
Включается генерация кнопкой START.

Также на плате расположены два переменных резистора.
Один из них регулирует амплитуду сигнала, второй — смещение.
На осциллограммах я попытался показать как это выглядит.
Верхние две — изменение уровня выходного сигнала, нижние — регулировка смещения.

Дальше пойдут результаты тестов.
Все сигналы (кроме шумоподобного и ВЧ) проверялись на четырех частотах:
1. 1000Гц
2. 5000Гц
3. 10000Гц
4. 20000Гц.
На частотах выше был большой завал потому эти осциллограммы приводить не имеет особого смысла.
Для начала синусоидальный сигнал.

Пилообразный

Обратный пилообразный

Треугольный

Прямоугольный с выхода DDS

Кардиограмма

Прямоугольный с ВЧ выхода
Здесь предоставляется выбор только из четырех частот, их я и проверил
1. 1МГц
2. 2МГц
3. 4МГц
4. 8МГц

Шумоподобный в двух режимах развертки осциллографа, чтобы было более понятно что он из себя представляет.

Как показало тестирование, сигналы имеют довольно искаженную форму начиная примерно с 10КГц. Сначала я грешил на упрощенный ЦАП, да и на саму простоту реализации синтеза, но захотелось проверить более тщательно.
Для проверки я подключился осциллографом прямо на выход ЦАП и установил максимально возможную частоту синтезатора, 65535Гц.
Здесь картина получше, особенно с учетом того, что генератор работал на максимальной частоте. Подозреваю что виной простая схема усиления, так как до ОУ сигнал заметно «красивее».

Ну и групповое фото небольшого «стенда» начинающего радиолюбителя 🙂

Резюме.
Плюсы
Качественное изготовление платы.
Все компоненты были в наличии
Никаких сложностей при сборке не возникло.
Большие функциональные возможности

Минусы
BNC разъемы стоят слишком близко друг к другу
Нет защиты по выходу HS.

Мое мнение. Можно конечно сказать что характеристики прибора совсем плохие, но стоит учитывать то, что это DDS генератор самого начального уровня и не совсем правильно было бы ожидать от него чего то большего. Порадовала качественная плата, собирать было одно удовольствие, не было ни одного места, которое пришлось «допиливать». В виду того, что прибор собран по довольно известной схеме, есть надежда на альтернативные прошивки, которые могут увеличить функционал. С учетом всех плюсов и минусов я вполне могу рекомендовать этот набор как стартовый для начинающих радиолюбителей.

Фух, вроде все, если накосячил где то, пишите, исправлю/дополню 🙂

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Этот проект — качественный и универсальный функциональный генератор, который несмотря на некоторую сложность схемы, по крайней мере в сравнении с более простыми похожими приборами, обладает очень широким функционалом, что оправдывает затраты на его сборку. Он способен выдавать 9 различных форм сигналов, а также работать с синхронизацией импульсов.

Принципиальная схема генератора на МК

Принципиальная схема функционального генератора на МК

Принципиальная схема делителя на резисторах

Параметры устройства

  • Частотный диапазон: 10 Гц — 60 кГц
  • Цифровая регулировка частоты с 3 различными шагами
  • Формы сигнала: Sine, Triangle, Square, Saw, H-pulse, L-pulse, Burst, Sweep, Noise
  • Выходной диапазон: 15 В для синуса и треугольника, 0-5 В для других режимов
  • Имеется выход для синхронизации импульсов

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ - платы и детали

Питание прибора осуществляется от 12 вольт переменки, что обеспечивает достаточно высокое (свыше 18 В) напряжение постоянного тока, необходимое для нормальной эксплуатации 78L15 и 79L15, формирующих двухполярку по 15 В. Это делается для того, чтобы микросхема LF353 могла вывести полный диапазон сигналов на нагрузке 1 кОм.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР- сборка

Регулятор уровня использован ALPS SRBM1L0800. В схеме следует использовать резисторы с погрешностью ±1% допуска или лучше. Ограничители тока светодиодов — резисторы 4306R серии. Яркость может быть увеличена в зависимости от предпочтений исполнителя. Генератор собран в пластиковом корпусе 178x154x36 мм с алюминиевой передней и задней панелями.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР самодельный

Многие контактные компоненты монтируются на передней и задней панелях (кнопки, ручки, разъемы RCA, светодиодные сборки, разъем питания). Печатные платы крепятся к корпусу болтами с пластиковыми прокладками. Все остальные элементы генератора смонтированы на печатных платах — блок питания отдельно. Левая кнопка по середине для изменения режима, правая — для выбора частоты режима.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Генератор вырабатывает различные сигналы и работает в трех режимах, которые выбираются с помощью клавиши "Select" и указываются тремя верхними (на схеме) светодиодами. Поворотный регулятор изменяет параметры сигнала в соответствии со следующей таблицей:

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ - параметры

Сразу после настройки в режиме 1 идёт генерация синуса. Однако, начальная частота довольно низкая и по крайней мере один щелчок энкодера необходим, чтобы увеличить его. На плате есть контакт подключения прибора для программирования, что позволяет оперативно изменять функциональность генератора сигналов, если необходимо. Все файлы проекта — прошивки PIC16F870, рисунки плат, находятся в архиве.

el-shema.ru

РадиоКот :: USB DDS Функциональный генератор

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

USB DDS Функциональный генератор

Некоторое время назад обзавелся я USB осциллографом, и так мне понравился этот аппарат, что решил я заиметь ему в комплект USB генератор. Конечно, проще всего было бы его купить, но натура радиолюбителя не позволила решить этот вопрос подобным образом. В результате было разработано и изготовлено устройство, предлагаемое вашему вниманию.
Как уже ясно из названия статьи, в генераторе используется принцип прямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesis, DDS) выходного сигнала, а реализован генератор на микросхеме AD9834 фирмы Analog Devices. В качестве управляющего и интерфейсного устройства был выбран микроконтроллер ATtiny2313 фирмы Atmel, в котором для поддержки протокола обмена данными по шине USB была использована программная библиотека V-USB, позволяющая обойтись чисто программными средствами.

Краткие технические характеристики генератора:

  • Форма выходного сигнала: синусоидальная, треугольная, меандр
  • Диапазон частот выходного сигнала: 0.2Гц – 10МГц
  • Амплитуда выходного сигнала:
  •    Синусоидального и треугольного: 0 … 2.55В
  •    Меандра: 1.5 … 5.1В (положительные логические импульсы)
  • Неравномерность АЧХ выходного сигнала:
  •    В диапазоне 0.2Гц – 1МГц: не более 0.1дБ
  •    В диапазоне 1МГц – 10МГц: не более 2.0дБ
  • Относительная погрешность частоты выходного сигнала: 0.01%
  • Приведенная погрешность амплитуды выходного сигнала: 2%
  • Питание генератора осуществляется от шины USB

Принципиальная схема генератора приведена на Рис. 1.

Рис.1.

Сигналы шины USB непосредственно поступают на входы микроконтроллера ATtiny2313 (U1) который обеспечивает обмен данными и управление узлами генератора. Как уже было сказано, в качестве основы генератора используется микросхема AD9834, которая подключена к микроконтроллеру через последовательный интерфейс SPI. Для обеспечения стабильности и получения максимального качества синтеза выходного сигнала, эта микросхема тактируется интегральным кварцевым генератором частотой 50МГц (U9).
Генерируемый сигнал синусоидальной или треугольной формы через восстанавливающий дифференциальный пассивный фильтр 5-го порядка поступает на вход дифференциального усилителя (U5), а оттуда на вход формирователя меандра и на выход устройства. Частота среза (11МГц) и порядок восстанавливающего фильтра были выбраны как компромисс между точностью формы выходного сигнала на верхних частотах, неравномерностью АЧХ и максимальной генерируемой частотой выходного сигнала. При необходимости, параметры этого фильтра могут быть изменены, например, для обеспечения более высокой частоты выходного сигнала, которая, теоретически, может доходить до 25МГц. Частотные характеристики выходного буферного дифференциального усилителя, выполненного на микросхеме AD8130, позволяют реализовать эту возможность.
Прямоугольный выходной сигнал (меандр) формируется из выходного сигнала при помощи формирователя, реализованного на компараторе MAX961 (U6). Сформированный меандр (положительные логические импульсы) поступает на дополнительный выход через буферный каскад на микросхеме NC7SZ04 (U3). При необходимости, формирователь меандра может быть выключен подачей уровня логической единицы на вход SHDN компаратора.
Регулировка амплитуды в описываемом генераторе обеспечивается управляемыми микроконтроллером цифровыми потенциометрами (U8 и U10), причем регулировка осуществляется “холодным способом”: амплитуда синусоидального и треугольного сигналов регулируется путем изменения задающего тока ЦАП микросхемы AD9834, а амплитуда меандра регулируется путем изменения напряжения питания выходного буфера U3. Такой подход гарантирует отсутствие влияния цепей регулировки амплитуды на равномерность АЧХ выходного сигнала.
Питание генератора осуществляется от шины USB. Необходимые для работы узлов генератора отрицательное и удвоенное положительное напряжения обеспечиваются преобразователем, выполненном на микросхеме MAX1681 (U4).
Напряжение питания 3.3В, для цифровой части генератора, обеспечивается линейным стабилизатором, реализованном на компонентах U7A–Q1A, источником опорного напряжения для него служит напряжение 2.5В формируемое микросхемой U2.

 Прежде чем перейти к описанию печатной платы, приведу несколько соображений, касающихся использованного при разработке подхода:

  • Высокочастотные и быстродействующие устройства работают значительно надежнее при наличии на печатной плате хотя бы одного слоя сплошной металлизации, соединенного с общим проводом (землей).
  • Обычно, в домашних условиях можно изготовить максимум двухстороннюю плату.
  • Металлизация переходных отверстий в домашних условиях затруднительна, а их пропайка соизмерима по трудоемкости с соединением монтажным проводом (особенно если дополнительно взять в расчет время и усилия, потраченные на правильную разводку в двух слоях).
  • Количество изготавливаемых устройств, как правило, одно-два.

Исходя из этого, при разработке печатной платы устройства одна сторона (Bottom) была использована для сплошной металлизации (“грязная” и “чистая” шины земли) а межсоединения были выполнены на стороне компонентов (Top), причем те соединения, которые не удалось развести печатными проводниками, сделаны монтажным проводом.
Печатная плата разработана для размещения в стандартном корпусе G939 (с любым индексом) фирмы Gainta. Корпус необходимо доработать – удалить батарейный отсек и проделать отверстие для разъема mini-USB.
Рисунки печатной платы для позитивного и негативного процессов (слой Top дан в зеркальном отображении) находятся в файле Fab.zip приложения. Там же содержатся список компонентов, принципиальная и монтажная схемы (монтажная схема для слоя Bottom отсутствует, поскольку на этом слое устанавливаются всего два элемента – кварцевый резонатор Y1 и ферритовая бусина L11, разделяющая “грязную” и “чистую” шины земли). В этом файле также находятся прошивка для микроконтроллера и картинка для пояснения правильной установки FUSE-битов.
Следует отметить, что принципиальная схема генератора была изменена в процессе первичной отладки экземпляра устройства, соответственно была изменена и печатная плата (заодно установлен кварцевый резонатор в более привычном корпусе). Однако экземпляр устройства с использованием модифицированной печатной платы не изготавливался. Внешний вид генератора со снятой крышкой представлен на Рис.2.

Рис.2.

Для работы совместно с описываемым генератором была разработана управляющая программа, обеспечивающая функционирование генератора как в режиме генерации сигнала с фиксированной частотой, так и в качестве генератора качающейся частоты (ГКЧ). Программа написана на Delphi 7 и проверена на Windows XP и Windows 7. В процессе работы программа не изменяет реестр Windows и не требует для своей работы каких-либо дополнительных файлов или библиотек. Программа находится в файле 01.zip.

На Рис.3. приведено окно программы в режиме генератора фиксированной частоты.

Рис.3.

Необходимое значение частоты генерации можно установить несколькими способами: щелчком левой кнопки мыши, установив ее указатель на нужный участок псевдологарифмической шкалы; передвинув мышью курсор в нужную позицию; используя кнопки [<-] [->] или кнопку [Set]. Последний способ обеспечивает наиболее точную установку частоты, кроме того, он позволяет установить любую возможную частоту генерации, в том числе находящуюся вне пределов шкалы. С правой стороны расположены регуляторы амплитуды выходного сигнала, а также кнопки выбора формы выходного сигнала и разрешения выдачи сигнала прямоугольной формы. Следует отметить, что примененный способ регулировки амплитуды выходного сигнала прямоугольной формы не позволяет выдавать сигнал, меньший определенной величины (формально – менее 1.6В, реально – менее 1В). Этот факт отображается красным цветом величины амплитуды прямоугольного сигнала менее 1.6В. Для запуска генератора необходимо нажать кнопку [Run].

Окно управляющей программы в режиме ГКЧ показано на Рис.4.

Рис.4.

Диапазон изменения частоты задается на логарифмической шкале двумя дополнительными курсорами, которые можно передвигать с помощью мыши. Закон изменения частоты может быть выбран как линейным, так и логарифмическим; изменение частоты может быть от меньшей к большей, от большей к меньшей и попеременно. Время развертки может быть установлено от 1 до 100 секунд. Имеется возможность сброса текущего цикла развертки и временной остановки (паузы). Запуск генератора, как и в предыдущем случае, осуществляется при помощи кнопки [Run].
Следует отметить, что программа работоспособна и при отсутствии генератора. В этом случае она переходит в демонстрационный режим.

Внимание! Считаю необходимым предупредить, что манипуляции с шиной USB вы производите на свой страх и риск. Хотя шина USB достаточно хорошо защищена от повреждений, а устройство не содержит узлов, способных вывести используемый компьютер из строя, вероятность такого исхода все же существует. Автор не несет никакой ответственности за последствия, наступившие в результате манипуляций, связанных с отладкой и использованием устройства.

Проверку работоспособности генератора рекомендуется проводить в такой последовательности:

  • Убедившись в отсутствии ошибок монтажа подключить устройство к шине USB.
  • Проконтролировать наличие и величину питающих напряжений:
  • P5V0: +4.5…5.5V
  • N5V0: -4.0…5.0V
  • D9V0: +7.5…9.5V
  • D3V3: +3.1…3.5V
  • Запрограммировать микроконтроллер и установить необходимую конфигурацию FUSE-битов.
  • Отключить устройство от шины USB и вновь подключить его. Должна произойти стандартная процедура установки USB HID устройства TorDDS, при этом операционная система определяет его как USB устройство ввода.
  • Запустить управляющую программу и убедиться в работоспособности устройства.
  • При помощи подстроечных резисторов R25 и R32 отрегулировать напряжения выходных сигналов так, чтобы они соответствовали уровню, отображаемому управляющей программой. Рекомендуется воспользоваться методикой, описанной ниже:

Отсутствие разделительных конденсаторов в тракте выходного сигнала позволило реализовать простой способ точной регулировки амплитуды выходного сигнала с использованием вольтметра постоянного напряжения, имеющегося в лаборатории каждого радиолюбителя. Для регулировки по этой методике необходимо запустить управляющую программу в режиме генерации сигнала с фиксированной частотой и при помощи кнопки [Set] задать значение частоты 0(ноль) Гц. После этого кнопка [Run] перейдет в ненажатое положение, а регуляторы амплитуд – в максимум. Кнопки выбора формы сигнала и разрешения выдачи меандра перейдут в нажатое положение. Далее следует нажать кнопку [Run]. Если все было сделано правильно, на выходах генератора установятся постоянные напряжения, соответствующие максимальным амплитудам выдаваемых сигналов. При помощи подстроечных резисторов R25 и R32 следует отрегулировать эти напряжения таким образом, чтобы на выходе канала синус/треугольник было напряжение 2.55В, а на выходе канала меандра 5.10В.

Для тех, кто решит написать собственную управляющую программу генератора или использовать его в составе измерительного комплекса, приведу описание системы команд управления генератором. Основной целью разработанной системы команд было уменьшение объема передаваемых данных в процессе работы генератора в режиме ГКЧ.
Как известно, взаимодействие с USB HID устройством осуществляется при помощи управляющих сообщений (Report). В данном случае реализовано одностороннее взаимодействие, от компьютера к устройству. Управляющее сообщение (Report) для генератора состоит из четырех байтов: идентификатора (ID), который в нашем случае должен быть всегда равен нулю, команды (Command) и двух байтов данных (Data). Поскольку в микросхеме AD9834 отсутствует возможность чтения внутренних регистров, в микроконтроллере содержатся образы этих регистров, которые используются для управления работой этой микросхемы:

  • FreqReg – 28-разрядный регистр частоты
  • PhaseReg – 14-разрядный регистр фазы
  • ControlReg – 16-разрядный регистр управления

Код команды должен быть записан в байт <Command>, а необходимые данные - в двухбайтное слово <Data>. Далее в описании команда дается в виде <XXXXXXXX><Data> где X – бит байта <Command>:

<1DDDDDDD><Data> - шаг по частоте. Биты DDDDDDD (7 бит) вместе с <Data> образуют 23-битный код шага по частоте в смещенном двоичном коде: нулю соответствует число 400000H, которое вычитается контроллером из входного кода, после чего результат складывается с содержимым регистра FreqReg и сохраняется в этом регистре. Далее микросхема AD9834 программируется контроллером на выдачу этой частоты, одновременно выходя из состояния сброса, если она находилась в нем перед этим.

<01XXDDDD><Data> - запись данных в FreqReg. 4 бита DDDD вместе с 16-ю битами <Data> дополняются справа 8-ю нулями, образуя 28-разрядное слово, которое записывается в регистр FreqReg. Эта команда не влияет на работу AD9834.

<001XXXXX><Data> - запись в регистр PhaseReg. 14 младших разрядов <Data> записываются в PhaseReg, после чего PhaseReg записывается в AD9834 и происходит переключение на работу с этим значением регистра.

<0001FPXX><Data> - запись в ControlReg. 16-разрядное слово <Data> записывается в ControlReg, при этом, если биты F и/или P равны нулю, то соответствующие биты FSEL и PSEL в ControlReg остаются без изменений. После этого значение ControlReg записывается в AD9834.

<00001XXX><Data> - прямая запись в AD9834. 16-разрядное слово <Data> записывается в AD9834. Содержимое регистров в микроконтроллере остается неизменным.

<000001XX><Data> - установка амплитуды выходного сигнала канала синус/треугольник. Младший байт <Data> определяет значение амплитуды: 0 – минимальная амплитуда, 255 – максимальная.

<0000001X><Data> - установка амплитуды выходного сигнала канала меандр. Младший байт <Data> определяет значение амплитуды: 0 – минимальная амплитуда, 255 – максимальная.

<00000001><Data> - разрешение выдачи меандра. Если младший байт <Data> равен нулю – меандр отключен, в любом другом случае – включен.

<00000000><Data> - управление светодиодом. Если младший байт <Data> равен нулю – светодиод отключен, в любом другом случае – включен.

В файле 02.zip приведен исходный код примера управления работой генератора. Этот пример, написанный на Delphi 7, основан на коде, опубликованном пользователем pvabox на форуме VINGRAD.
Для связи с генератором использован компонент JvHidControllerClass, который разработал Robert Martin Marquardt и который входит в состав свободно распространяемой библиотеки JEDI. Этот же компонент использован и в управляющей программе TorDDS.

В заключение приведу несколько осциллограмм работы генератора, полученных при помощи осциллографа DSO-X 3034A компании Agilent.

Минимальная генерируемая частота 0.18626Гц.Следует отметить, что для синусоидального сигнала под термином “амплитуда” подразумевается размах.

Частота генерации – 1МГц. Обратите внимание на равенство амплитуд с минимальной генерируемой частотой.

Частота генерации – 10МГц. Амплитуда синусоидального сигнала уменьшилась, но форма – вполне удовлетворительная. Сказывается действие восстанавливающего фильтра.

Треугольный сигнал 1КГц.

Треугольный сигнал 1МГц.

Пример работы в режиме ГКЧ.

 

Файлы:
Файл 03.zip
Файл 02.zip
Файл 01.zip

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

РадиоКот :: Простой аналоговый функциональный генератор (0,1 Гц

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Генераторы >

Простой аналоговый функциональный генератор (0,1 Гц - 8 МГц)

           Лет 10-15 назад у радиолюбителей заслуженной популярностью пользовалась микросхема MAX038, на основе которой можно было собрать несложный функциональный генератор, перекрывающий полосу частот 0,1 Гц – 20 МГц. Правда цена микросхемы сильно кусалась, а в последнее время достать MAX038 стало практически невозможно. Такая вот странная политика у производителя. Появившиеся клоны MAX038 имеют по сравнению с ней весьма скромные параметры. Так, у ICL8038 максимальная рабочая частота составляет 300 кГц, а у XR2206 – 1 МГц. Встречающиеся в радиолюбительской литературе схемы простых аналоговых функциональных генераторов также имеют максимальную частоту в несколько десятков, и очень редко, сотен кГц.

            Поэтому в своё время автором для настройки разнообразных схем был разработан и изготовлен аналоговый функциональный генератор, формирующий сигналы синусоидальной, прямоугольной, треугольной формы и работающий в диапазоне частот от 0,1 Гц до 8 МГц.

Вид спереди:

 

Вид сзади:

 

 

Генератор имеет следующие параметры:

            амплитуда выходных сигналов:

              синусоидальный……………………………1,4 В;

              прямоугольный……………………………..2,0 В;

              треугольный………………………………...2,0 В;

            диапазоны частот:

               0,1…1 Гц;

               1…10 Гц;

               10…100 Гц;

               100…1000 Гц;

               1…10 кГц;

               10…100 кГц;

               100…1000 кГц;

               1…10 МГц;

           напряжение питание………………………….220 В, 50 Гц.

 

           За основу разработанной схемы функционального генератора, приведенной ниже, была взята схема из [1]:

 

 

           Генератор выполнен по классической схеме: интегратор + компаратор, только собран на высокочастотных компонентах.

           Интегратор собран на ОУ DA1 AD8038AR, имеющем полосу пропускания 350 МГц и скорость нарастания выходного напряжения 425 В/мкс. На DD1.1, DD1.2 выполнен компаратор. Прямоугольные импульсы с выхода компаратора (выв. 6 DD1.2) поступают на инвертирующий вход интегратора. На VT1 выполнен эмиттерный повторитель, с которого снимаются импульсы треугольной формы, управляющие компаратором. Переключателем SA1 выбирают требуемый диапазон частот, потенциометр R1 служит для  плавной регулировки частоты. Подстроечным резистором R15 устанавливается режим работы генератора и регулируется амплитуда треугольного напряжения. Подстроечным резистором R17 регулируется постоянная составляющая треугольного напряжения. С эмиттера VT1 напряжение треугольной формы поступает на переключатель SA2 и на   формирователь синусоидального напряжения, выполненный на VT2, VD1, VD2. Подстроечным резистором R6 выставляются минимальные искажения синусоиды, а подстроечным резистором R12 регулируется симметрия синусоидального напряжения. С целью уменьшения коэффициента гармоник верхушки треугольного сигнала ограничиваются цепями VD3, R9, C14, C16 и VD4, R10, C15, C17. С буфера DD1.4 снимаются импульсы прямоугольной формы. Сигнал, выбранный переключателем SA2, подаётся на потенциометр R19 (амплитуда), а с него - на выходной усилитель DA5, выполненный на  AD8038AR. На элементах R24, R25, SA3 выполнен выходной аттенюатор напряжения  1:1 / 1:10.

           Для питания генератора использован классический трансформаторный источник с линейными стабилизаторами, формирующими напряжения +5В, ±6В и ±3 В.

 

           Для индикации частоты генератора была использована часть схемы от уже готового частотомера, взятая из [2]:

 

           На транзисторе VT3 выполнен усилитель-формирователь прямоугольных импульсов, с выхода которого сигнал поступает на вход микроконтроллера DD2 PIC16F84A. МК тактируется от кварцевого резонатора ZQ1 на 4 МГц. Кнопкой SB1 выбирается по кольцу цена младшего разряда 10, 1 или 0.1 Гц и соответствующее время измерения 0.1, 1 и 10 сек. В качестве индикатора использован Wh2602D-TMI-CT с белыми символами на синем фоне. Правда угол обзора у этого индикатора оказался 6:00, что не соответствовало его установке в корпус с углом обзора 12:00. Но эта неприятность была устранена, как будет описано ниже. Резистор R31 задаёт ток подсветки, а резистором R28 регулируется оптимальная контрастность. Следует отметить, что программа для МК была написана автором [2] для индикаторов типа DV-16210, DV-16230, DV-16236, DV-16244, DV-16252 фирмы DataVision, у которых процедура начальной инициализации по-видимому не подходит к  индикаторам Wh2602 фирмы WinStar. В результате после сборки частотомера на индикатор ничего не выводилось. Других малогабаритных индикаторов в продаже на тот момент не было, поэтому пришлось вносить изменения в исходник программы частотомера. Попутно в ходе экспериментов была выявлена такая комбинация в процедуре инициализации, при которой двухстрочный дисплей с углом обзора 6:00 становился однострочным, причём достаточно комфортно читаемым при угле обзора 12:00. Выводимые в нижней строке надписи-подсказки о режиме работы частотомера стали не видны, но они особо и не нужны, т.к. дополнительные функции этого частотомера не использованы.

           Конструктивно функциональный генератор выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 110х133 мм, разработанной под стандартный пластиковый корпус Z4. Индикатор установлен на палате вертикально на двух уголках. С основной платой он соединён при помощи шлейфа с разъёмом под IDC-16. Для соединения высокочастотных цепей в схеме использован тонкий экранированный кабель. Вот фото генератора со снятой верхней крышкой корпуса:

 

           Перечень элементов и чертёж платы в Layout5 прилагаются.

           После первого включения генератора необходимо проконтролировать питающие напряжения, а также установить подстроечным резистором R29 напряжение -3В на выходе DA7 LM337L. Резистором R28 устанавливается оптимальная контрастность индикатора. Для настройки генератора необходимо подключить осциллограф к его выходу, переключатель SA3 установить в положение 1:1, SA2 -  в положение, соответствующее напряжению треугольной формы, SA1 – в положение 100…1000 Гц. Резистором R15 добиваются устойчивой генерации сигнала. Переместив движок резистора R1 в нижнее по схеме положение, подстроечным резистором R17 добиваются симметричности треугольного сигнала относительно нуля. Далее переключатель SA2 необходимо перевести в положение, соответствующее синусоидальной форме выходного сигнала, и подстроечными резисторами R12 и R6 добиться соответственно симметричности и минимальных искажений синусоиды.

           Вот что получилось в итоге:

Меандр 1 Мгц:

 

Меандр 4 Мгц:

 

Треугольник 1 Мгц:

 

Треугольник 4 Мгц:

 

Синус 8 Мгц:

 

            Следует отметить, что на частотах свыше 4 Мгц на треугольном и прямоугольном сигналах начинают наблюдаться искажения, связанные с недостаточной полосой пропускания выходного усилителя. При желании этот недостаток можно легко устранить, если перенести усилитель выходного каскада DA5 в цепь от истока VT2 к SA2, т.е. использовать его как усилитель синусоидального сигнала, а вместо выходного усилителя применить повторитель на ещё одном ОУ AD8038AR, пересчитав соответственно сопротивления делителей треугольного (R18, R36) и прямоугольного (R21, R35) сигналов  на меньший коэффициент деления.

 

    Литература:

    1) Широкодиапазонный функциональный генератор. А.Ишутинов. Радио №1/1987г.

    2) Экономичный многофункциональный частотомер. А.Шарыпов. Радио №10-2002.

Файлы:
Плата в Layout, перечень элементов, прошивка, исходник, наклейки

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Функциональный DDS генератор сигналов "OSKAR-DDS"

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Функциональный DDS генератор сигналов "OSKAR-DDS"

Все, что нельзя запрограммировать на ассемблере, приходится паять.

Казалось бы существует великое множество любительских генераторов сигналов, бери да повторяй, но не так все просто. Всегда считал что промышленные генераторы закроют все мои потребности, да и лучше они любительских. Но жизнь расставила все по местам, пришлось делать свой, который бы хоть на немного закрыл мои потребности. При всей своей простоте конструкции, его возможностей достаточно для применения радиолюбителями и не только. Выполнен на доступных деталях и прост в настройке.

 

 

Теперь кратко о технических характеристиках:

- Габариты п/п 67 *88 *19 мм, разработана специально для установки в корпус Z-19
- Дисплей 2*16 символов , светодиодная подсветка .
- Питание 3,7 - 5 вольт. 3 элемента типа ААА или литиевый аккумулятор или внешнее. Максимальное потребление 40 мА
- Выходное напряжение Vp-p аналоговый выход - 3,3v.
- Частота дискретизации DDS -1,6 МГц.
- Диапазон частот аналоговой части 0-600 кГц
- Встроенные отключаемые фильтра 30 кГц и 300 кГц
- Выходной делитель 1/10 для аналоговой части.
- Управление - энкодер с прогрессивной харракеристикой
- Базовые сигналы -синусоида, прямоугольник, пила прямая и обратная , треугольник, ЭКГ.
- Контроль источника питания, подзарядка аккумулятора, если есть.

Далее все подробно распишем по каждому режиму.

Внешний вид 

Вариант компоновки в корпусе Z-19. Вместо отсека для батареек можно расположить литиевый аккумулятор.
Гнезда для подключения можно расположить на передней панели и клеммы в плату не запаивать.


Схема генератора выполнена на доступных деталях и проста в настройке.

Скачать в формате sPlan 7.0 можно по ссылке в конце статьи.

Немного подробнее о схеме.
Ядром является микроконтроллер PIC18F26K22 фирмы "MICROCHIP", который собственно и выполняет все функции прибора. Аналоговая часть выполнена на сдвоенном операционном усилителе MCP6022 с полосой единичного усиления 10 МГц , цифровом сдвоенном переменном резисторе MCP41010, сдвоенном ОУ MCP602 и аналоговом коммутаторе.
Сдвоенный переменный резистор используется для регулировки уровня выходного сигнала и регулировки смещения по постоянному току выходного сигнала. Источник опорного напряжения и буфер виртуальной земли (аналоговая земля ) выполнен на MCP602.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ соединять цифровую и аналоговую земли!!!
В качестве дисплея использован черно-белый символьный индикатор 2*16 BC1602 или совместимые.
Питание всей схемы выполняется от стабилизированного источника 3,3 вольта (LM2950-3.3). Управление питанием выполнено на транзисторах Т1 и Т2.
Питание аналоговой части, несмотря на применение ОУ Rail-to-Rail, выполнено с изюминкой. На D3 сделано смещение в минус, примерно 0,25V, и в плюс до напряжения питания, как минимум 0,2V (падение на LowDrop LM2950), чем обеспечивается высокое качество сигнала во всем диапазоне амплитуд.
Все элементы установлены на двухсторонней печатной плате с одной стороны, а дисплей с подсветкой, клеммы , кварц, гнездо питания и энкодер с другой. В итоге получается компактная , жесткая конструкция.

Расположение элементов 

 

Скачать в формате *.lay  можно по ссылке в конце статьи.

Питание
Bat1 = 1 x 4-9V Держатель AAA для 3-х 33x51
Конденсаторы
C17 = 1 x 200p
C18 = 1 x 82p
C1,C2,C3,C4,C5,
C8,C9,C10,C13,
C16,C20,C21 = 12 x 0.1
C11,C12 = 2 x 27
C15,C19 = 2 x 1.0
C6,C7 = 2 x 100.0
Кварц
Cr1 = 1 x 20 MHz
Диоды
D1 = 1 x LL4148
D2 = 1 x 5v6
D3 = 1 x SS12
D4 = 1 x BAV99
D5 = 1 x BAT54S
Микросхемы
DA1 = 1 x MCP42010
DA2 = 1 x MCP602
DA3 = 1 x MCP6022
DD = 1 x PIC18F26K22
IC1 = 1 x 74hc4066
ЖКИ
LCD1 = 1 x BC1602(HD44780 и его аналоги)
Резисторы
R2 = 1 x 6k2
R7 = 1 x 220k
R8 = 1 x 11k
R13 = 1 x 910
R14 = 1 x 300
R16 = 1 x 2K
R17 = 1 x 3K
R20 = 1 x 100k
R21 = 1 x 4k7
R23 = 1 x 10K
R27 = 1 x 1
R1,R5 = 2 x 33
R10,R15 = 2 x 22k
R12,R18,R24,
R25,R26 = 5 x 100
R22,R38,R40,
R41,R42,R43,
R44,R45 = 8 x 1k 0,5%
R3,R4,R6,R9,
R11,R19,R28,
R29 = 8 x 10k
R30,R31,R32,
R33,R34,R35,
R36,R37,R39 = 9 x 2k 0,5%
Энкодер
S = 1 x re11ct2
Транзисторы
T1 = 1 x BC807
T4 = 1 x 2N7002
T2,T3 = 2 x BC817
Стабилизатор
VR1 = 1 x lp2950-3.3
Разъем
X1 = 1 x 5mm
Клеммник
126-02P(5.0мм) x5

А также терпение, умение и прямые руки.

 

Итак , клеммы подключения слева на право:

1 - AGND - Аналоговая виртуальная земля. Не соединять с цифровой землей!!!
2 - AUOT 1/10 - Аналоговый выход с делителем 1/10.
3 - AUOT 1/1 - Аналоговый выход. Максимальное напряжение по отношению к аналоговой земле +3,3/-3,3 вольт.
4 - Зарезервирован
5 - Зарезервирован
6 - Зарезервирован
7 - Зарезервирован
8 - Зарезервирован
9 - Зарезервирован
10 - Зарезервирован
На всех выходах включены защитные резисторы 100 Ом.
На всех входах включены защитные резисторы 10 кОм .

Все управление сделано одним энкодером. Есть следующие комбинации:
Длинное нажатие (более 1 сек.) Включение и выключение прибора. При выключении запоминаются все настройки и текущий режим. После включения будет в том же месте, с генерацией того же сигнала.
Короткое нажатие - выбор параметра для изменения.
Вращение - смена параметра, отображенного на дисплее. Вправо - увлечение. Влево - уменьшение.
Скорость изменения зависит от скорости вращения, так например в зависимости от скорости вращения изменение частоты может быть и 0,1 Гц и 10000 Гц на один щелчок. Это позволяет оперативно и точно настроить любые параметры и не утомляет оператора.

Питание от однополярного источника напряжением от 3,7 до 5 вольт. Превышение 5 вольт приводит к порче прибора.
Внутненее питание от стабилизатора 3,3 вольт.
Допустимо использовать :
- три батарейки по 1,5 вольт ( конструктив рассчитан на установку батарейного отсека 3*ААА.
- Литиевый аккумулятор со схемой защиты , монтажный или от мобильного телефона.
- Внешний источник стабилизированного напряжения 5 вольт/200мА, благо сейчас полно USB зарядок. Если при этом есть встроенный аккумулятор, то он будет заряжаться. Как такового контроллера заряда нет, зарядка идет ограниченным током. По этому следует ограничивать время заряда и не применять аккумуляторы емкостью  менее 900мА/час. Также обязательным условием является схема защиты на самом аккумуляторе. (от мобильных все имеют).
Изолированное питание позволяет применять генератор для устройств под напряжением, в том числе под напряжением сети. Следует проявлять осторожность и меры защиты от поражения электрическим током.

В генераторе есть два подключаемых активных фильтра НЧ с частотами среза 300 кГц и 20кГц

Частотная характеристика без фильтра (для синусоидального сигнала)

Частотная характеристика с фильтром 300 кГц (для синусоидального сигнала)

Частотная характеристика с фильтром 20 кГц (для синусоидального сигнала)

Генератор синусоиды

- Диапазон частот от 0,09 Hz до 600 кГц. Рекомендуется включать соответствуюшие фильтра для качественного сигнала.
- Максимальная амплитуда Vp-p 3.3 вольт. Регулировка 256 шагов
- Смещение по постоянному току +/- 1,65 вольт. Регулировка 256 шагов

Иллюстрации отображения на индикаторе

Выбран режим генератора синусоиды, вращение енкодера - смена режима, нажатие - установки режима.
Стрелочки слево и вправо обозначают что при вращении режим будет изменен.

 

 Регулировка амплитуды

звездочка и название параметра обозначают, какой именно параметр будет меняться при вращении.

Выбор частоты

Сдвиг по постоянному уровню

Выбран режим установок, вращение енкодера - смена режима, нажатие - установки режима.
Стрелочки слево и вправо обозначают, что при вращении режим будет изменен.

Подключение фильтров. Изменение - вращение.
Фильтры отключены. Подключен фильтр 300 кГц. Подключен фильтр 20кГц

Глобальные настройки - SETUP. Изменение - вращение.

Начальный экран. Настройка контраста дисплея. Вкл/выкл подсветки. Напряжение питания. 

 

Иллюстрации осциллограмм сигнала с генератора

Синусоида 1000 Гц.

Синусоида 90 кГц без применения фильтров. Видны ступеньки.

Синусоида 90 кГц с фильтром на 300 кГц. Теперь все хорошо

Синусоида 300 кГц с фильтром на 300 кГц. Картинка красивая, незначительно упала амплитуда, согласно АЧХ.

Синусоида 600 кГц с фильтром на 300 кГц. Картинка не очень красивая, упала амплитуда, согласно АЧХ. Для частоты свыше 300к -  нужен нормальный внешний фильтр НЧ с частотой среза 600к.

Синусоида 5 кГц с фильтром на 300 кГц. Сдвиг по постоянному уровню в плюс.

Синусоида 5 кГц с фильтром на 300 кГц. Сдвиг по постоянному уровню в минус.

Генератор прямоугольного, пилообразного, обратного пилообразного, треугольного сигнала.

Диапазон частот от 0,09 Hz до 200 кГц. Рекомендуется отключать фильтра для качественного сигнала.
Все остальные параметры, режимы, управление соответствуют генератору синусоидального сигнала.
Так же доступны все дополнительные режимы и их регулировки.

Иллюстрации отображения на индикаторе

Генератор прямоугольного сигнала

Генератор пилообразного сигнала

Генератор треугольного сигнала

Генератор EKG

Иллюстрации осциллограмм сигнала с генератора

Прямоугольник 5000 Гц.

Пила 5000 Гц.

Обратная пила 5000 Гц.

Треугольник 5000 Гц.

Генератор сигнала ЭКГ.

Диапазон частот от 0,09 Hz до 24 Гц. Рекомендуется подключать фильтр 20 кГц для качественного сигнала.
Настраиваемые параметры: Частота, амплитуда, сдвиг по постоянному уровню.

Осциллограмма

 

Правильно собранный генератор из исправных деталей необходимой точности не нуждается в настройке.
Что следует проверить
Линейность работы ЦАП на матрице R-2R.
Для этого запустить генератор пилообразного напряжения и проверить линейность наклонного участка. Если видна большая нелинейность то следует применить резисторы R30-R45 более высокого класса точности или подобрать. Для 8-битного ЦАП требуемая точность 0,5%. Но реально подобрать из вдвое большего количества обычных, 5%.
Точность остальных резисторов и конденсаторов ,кроме блокировочных по питанию и переходных достаточна 5%.
Еще замечание, как оказалось 74HC4066 не все одинаково хороши, с микросхемами некоторых фирм наблюдается завал на ВЧ участке. Я стараюсь применять ST.
Теперь осталось только одно, установить в корпус ,по желанию. У меня прижилось в половинке корпуса Z-19 с литиевым аккумулятором и пружинными клеммами.

 

Файлы:
Разводка ПП
Схема SPL
Прошивка

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Генератор сигналов произвольной формы на микроконтроллере AVR

Библиографическое описание:

Литовченко А. А., Ерусалимский Ю. А. Генератор сигналов произвольной формы на микроконтроллере AVR // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 173-177. — URL https://moluch.ru/archive/125/34400/ (дата обращения: 14.12.2019).



В статье описаны этапы разработки и исследования генератора сигналов произвольной формы для исследовательских целей на МК типа AVR. Проведена разработка принципиальной схемы генератора и программного обеспечения для его работы, изготовлен макет генератора и проведены его экспериментальные исследования.

Ключевые слова: AVR, генерация сигнала

На настоящий момент сложно обнаружить какое-либо оборудование без использования микроконтроллеров (МК), являющихся вычислительной микросхемой, управляющей электронными устройствами. Как известно, типовой МК выполнен на одном кристалле и содержит процессор, периферийные устройства, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и/или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), в зависимости от применяемого назначения. Другими словами, микроконтроллер можно представить в виде миникомпьютера, способного решать несложные вычислительные задачи.

Разработка структурной схемы

Сигнал формируется микроконтроллером путём выполнения алгоритма, записанного в его ПЗУ. На выходе МК выдаёт двоичный код, который необходимо преобразовать в напряжение. Для выполнения данной задачи применяется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с последующим использованием фильтра нижних частот (ФНЧ) для подавления ступенек на сигнале. Из-за большой частоты, амплитуда сигнала очень маленькая, поэтому для усиления сигнала применяется усилитель. Для выбора формы сигнала, который будет генерировать МК, используется блок управления, так же, как и индикация выбора сигнала для визуализации выбранной формы сигнала. Структурная схема генератора сигналов изображена на рисунке 1.

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\структурная схема-восстановлено.jpg

Рис. 1. Структурная схема генератора сигналов

Выбор элементов принципиальной схемы

Главной частью генератора является МК ATMEGA328P-MU в корпусе MLF-32. Микроконтроллер уже распаян на платформе Arduino, что существенно упрощает монтаж и наладку МК и позволяет уделить больше внимания разработке самого генератора.

Основные параметры МК ATMEGA328P-MU описаны в таблице 1.

Таблица 1

Основные параметры МК ATMEGA328P-MU

ЦПУ: Ядро

AVR

ЦПУ:F, МГц

от 0 до 20

Память:Flash, КБайт

32

Память:RAM, КБайт

2

Память:EEPROM, КБайт

1

I/O (макс.), шт.

23

Таймеры:8-бит, шт.

2

Таймеры:16-бит, шт.

1

Таймеры:Каналов ШИМ, шт.

6

Таймеры:RTC

Да

Интерфейсы:UART, шт.

1

Интерфейсы:SPI, шт.

1

Интерфейсы:I2C, шт.

1

Аналоговые входы:Разрядов АЦП, бит

10

Аналоговые входы:Каналов АЦП, шт.

8

Аналоговые входы:Быстродействие АЦП, kSPS

76.9

Аналоговые входы:Аналоговый компаратор, шт.

2

VCC, В

от 1.8 до 5.5

ICC, мА

40

TA, °C

от -40 до 85

Блок управления состоит из четырёх клавиш выбора и трёх потенциометров. Для выбора сигнала используется соответствующая кнопка. Потенциометры предназначены для регулирования частоты, скважности (ШИМ) и управления усилением, при этом регулировать ШИМ возможно только при генерации прямоугольного сигнала.

Индикация выбора состоит из четырёх светодиодов, причём под каждой кнопкой выбора находится светодиод, сообщающий о выборе генерируемого сигнала.

Цифро-аналоговый преобразователь обеспечивает перевод цифровых данных в соответствующую аналоговую форму. В схеме используется ЦАП взвешивающего типа (делитель Кельвина). Определенному биту двоичного кода ставится в соответствие резистор или источник тока, который подключается в общую точку суммирования.

Принципиальная электрическая схема генератора представлена на рисунке 2.

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\структурная схема-восстановлено.jpg

Рис. 2. Электрическая схема генератора

Разработка программного обеспечения

Для выполнения инструкций, определяющих, как и в каком порядке работать компонентам, подключённым к микроконтроллеру, реализована программа для данного микроконтроллера на языке программирования Arduino. Окно среды разработки с фрагментом программы показано на рисунке 3.

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\arduinoc.jpg

Рис. 3. Окно среды разработки Arduino

Исследование генератора

Созданный генератор формирует сигналы прямоугольной, пилообразной, синусоидальной и треугольной формы (рисунки 4–7).

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\прямоугольный.jpg

Рис. 4. Сигнал прямоугольной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\пила.jpg

Рис. 5. Сигнал пилообразной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\sin.jpg

Рис. 6. Сигнал синусоидальной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\треугольный.jpg

Рис. 7. Сигнал треугольной формы

Литература:

  1. Кравченко А. В. 10 практических устройств AVR-микроконтроллерах. — Книга 2. — СПб.: МК-Экспресс, 2009. — 320 с.
  2. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 256 с.
  3. Arduino IDE — установка, настройка и интерфейс. Проверка соединения с платой Arduino // Программирование микроконтроллеров AVR, Atmega, Arduino и др. URL: http://progmk.ru/ (дата обращения: 14.09.2016).
  4. ATmega328P Overview // Atmel Corporation — Microcontrollers, 32-bit, and touch solutions. URL: http://www.atmel.com/devices/ATMEGA328P.aspx (дата обращения: 02.09.2016).
  5. From Arduino to a Microcontroller on a Breadboard // Arduino. URL: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoToBreadboard (дата обращения: 02.09.2016).

Основные термины (генерируются автоматически): AVR, треугольная форма, структурная схема генератора сигналов, программное обеспечение, основной параметр МК, двоичный код, блок управления, VCC, ICC, цифро-аналоговый преобразователь.

moluch.ru

Генератор сигналов: функциональный генератор своими руками

Собираем простой функциональный генератор для лаборатории начинающего радиолюбителя

Доброго дня уважаемые радиолюбители! Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Собираем генератор сигналов – функциональный генератор. Часть 3.

Доброго дня уважаемые радиолюбители! На сегодняшнем занятии в Школе начинающего радиолюбителя мы закончим собирать функциональный генератор. Сегодня мы соберем печатную плату, припаяем все навесные детали, проверим работоспособность генератора и проведем его настройку с помощью специальной программы.

И так, представляю вам окончательный вариант моей печатной платы выполненной в программе, которую мы рассматривали на втором занятии –  Sprint Layout:

Если вы не смогли сделать свой вариант платы (что-то не получилось, или было просто лень, к сожалению), то можете воспользоваться моим “шедевром”. Плата получилась размером 9х5,5 см и содержит две перемычки (две линии синего цвета). Здесь вы можете скачать этот вариант платы в формате Sprint Laiout^

  Печатная плата генератора (63.6 KiB, 3,593 hits)

После применения лазерно-утюжной технологии и травления, получилась такая заготовка:

Дорожки на этой плате выполнены шириной 0,8 мм, почти все контактные площадки диаметром 1,5 мм и почти все отверстия – сверлом 0,7 мм. Я думаю, что вам будет не очень сложно разобраться в этой плате, и так-же, в зависимости от используемых деталей (особенно подстроечные сопротивления), внести свои изменения. Сразу хочу сказать, что эта плата проверенна и при правильной пайке деталей схема начинает работать сразу.

Немного о функциональности и красоте платы. Беря в руки плату, изготовленную в заводских условиях, вы наверняка замечали как она удобно подготовлена для пайки деталей – и сверху и снизу нанесена белым цветом так называемая “шелкография”, на которой сразу видны и наименование деталей и их посадочные места, что очень облегчает жизнь при пайке радиоэлементов.  Видя посадочное место радиоэлемента, никогда не ошибешься в какие отверстия его вставлять, остается только глянуть на схему, выбрать нужную деталь, вставить ее и припаять. Поэтому мы сегодня сделаем плату приближенную к заводской, т.е. нанесем шелкографию на слой со стороны деталей. Единственное, эта “шелкография” будет черного цвета. Процесс очень прост. Если, к примеру, мы пользуемся программой Sprint Layout, то выбираем при печати слой К1 (слой со стороны деталей), распечатываем его как и для самой платы (но только в зеркальном отображении), накладываем отпечаток на сторону платы, где нет фольги (со стороны деталей), центрируем его ( а на просвет протравленной платы рисунок виден прилично) и применяя способ ЛУТ переносим тонер на текстолит. Процесс – как и при переносе тонера на медь, и любуемся результатом:

После высверливания отверстий, вы реально будете видеть схему расположения деталей на плате. А самое главное, что это не только для красоты платы (хотя, как я уже говорил, красивая плата – это залог хорошей и долгой работы собранной вами схемы), а главное – для облегчения дальнейшей пайки схемы. Затраченные десять минут на нанесение “шелкографии” заметно окупаются по времени при сборке схемы. Некоторые радиолюбители, после подготовки платы к пайке и нанесения такой “шелкографии”, покрывают слой со стороны деталей лаком, тем самым защищая “шелкографию” от стирания. Хочу отметить, что тонер на текстолите держится очень хорошо, а после пайки деталей вам придется растворителем удалять остатки канифоли с платы. Попадание растворителя на “шелкографию”, покрытую лаком, приводит к появлению белого налета, при удалении которого сходит и сама “шелкография” (это хорошо видно на фотографии, именно так я и делал), поэтому, я считаю, что использовать лак не обязательно. Кстати, все надписи, контура деталей выполнены при толщине линий 0,2 мм, и как видите, все это прекрасно переноситься на текстолит.

А вот так выглядит моя плата (без перемычек и навесных деталей):

Эта плата выглядела бы намного лучше, если бы я не покрывал ее лаком. Но а вы можете как всегда поэкспериментировать, и естественно, сделать лучше. Кроме того, у меня на плате установлены два конденсатора С4, нужного номинала (0,22 мкФ) у меня не оказалось и я заменил его двумя конденсаторами номиналом 0,1 мкФ соединив их параллельно.

Продолжаем.  После того, как мы припаяли все детали на плату, припаиваем две перемычки, припаиваем с помощью отрезков монтажных проводов резисторы R7 и R10, переключатель S2. Переключатель S1 пока не припаиваем а делаем перемычку из провода, соединяя выводы 10 микросхемы ICL8038 и конденсатора С3 (т.е. подключаем диапазон 0,7 – 7 кГц), подаем питание с нашего (я надеюсь собранного) лабораторного блока питания на входы микросхемных стабилизаторов около 15 вольт постоянного напряжения

Теперь мы готовы к проверке и настройке нашего генератора. Как проверить работоспособность генератора. Очень просто. Подпаиваем к к выходам Х1 (1:1) и “общий” любой обыкновенный или  пьезокерамический динамик (к примеру от китайских часов в будильнике). При подключении питания мы услышим звуковой сигнал. При изменении сопротивления R10 мы услышим как изменяется тональность сигнала на выходе, а при изменении сопротивления R7 – как  изменяется громкость сигнала. Если у вас этого нет, то единственная причина в неправильной пайке радиоэлементов. Обязательно пройдитесь еще раз по схеме, устраните недостатки и все будет о,кей!

Будем считать, что этот этап изготовления генератора мы прошли. Если что-то не получается, или получается, но не так, обязательно задавайте свои вопросы в комментариях или на форуме. Вместе мы решим любую проблему.

Продолжаем. Вот так выглядит плата, подготовленная к настройке:

Что мы видим на этой картинке. Питание – черный “крокодил” на общий провод, красный “крокодил” на положительный вход стабилизатора, желтый “крокодил” – на отрицательный вход стабилизатора отрицательного напряжения. Припаянные переменные сопротивления R7  и R10, а также переключатель S2. С нашего лабораторного блока питания (вот где пригодился двухполярный источник питания) мы подаем на схему напряжение около 15-16 вольт, для того, чтобы нормально работали микросхемные стабилизаторы на 12 вольт.

Подключив питание на входы стабилизаторов (15-16 вольт) с помощью тестера проверяем напряжение на выходах стабилизаторов (±12 вольт). В зависимости от используемых стабилизаторов напряжения будет отличаться от ± 12 вольт, но близки к нему. Если у вас напряжения на выходах стабилизаторов несуразные (не соответствуют тому, что надо), то причина одна – плохой контакт с “массой”. Самое интересное, что даже отсутствие надежного контакта с “землей” не мешает работе генератора на динамик.

Ну а теперь нам осталось настроить наш генератор. Настройку мы будем проводить с помощью специальной программы – виртуальный осциллограф. В сети можно найти много программ имитирующих работу осциллографа на экране компьютера. Специально для этого занятия я проверил множество таких программ и остановил свой выбор на одной, которая, как мне кажется, наиболее лучше симулирует осциллограф – Virtins Multi-Instrument. Данная программа имеет в своем составе несколько подпрограмм – это и осциллограф, частотомер, анализатор спектра, генератор,  и кроме того имеется русский интерфейс:

Здесь вы можете скачать данную программу:

  Virtins Multi-Instrument (41.7 MiB, 5,354 hits)

Программа проста в использовании, а для настройки нашего генератора потребуется лищь минимальное знание ее функций:

Для того чтобы настроить наш генератор нам необходимо подключиться к компьютеру через звуковую карту. Подсоединиться можно через линейный вход (есть не у всех компьютеров) или к разъему “микрофон” (есть на всех компьютерах). Для этого нам необходимо взять какие-либо старые, ненужные наушники от телефона или другого устройства, со штекером диаметром 3,5 мм, и разобрать их. После разборки припаиваем к штекеру два провода – как показано на фотографии:

После этого белый провод подпаиваем к “земле” а красный к контакту Х2 (1:10). Регулятор уровня сигнала R7 ставим в минимальное положение (обязательно, что-бы не спалить звуковую карту) и подключаем штекер к компьютеру. Запускаем программу, при этом в рабочем окне мы увидим две запущенные программы – осциллограф и анализатор спектра. Анализатор спектра отключаем, выбираем на верхней панели “мультиметр” и запускаем его. Появится окошко, которое будет показывать частоту нашего сигнала. С помощью резистора R10 устанавливаем частоту около 1 кГц, переключатель S2 ставим в положение “1” (синусоидальный сигнал). А затем, с помощью подстроечных резисторов R2, R4 и R5 настраиваем наш генератор. Сначала форму синусоидального сигнала резисторами R5 и R4, добиваясь на экране формы сигнала в виде синусоиды, а затем, переключив S2 в положение “3” (прямоугольный сигнал), резистором R2 добиваемся симметрии сигнала. Как это реально выглядит, вы можете посмотреть на коротком видео:

После проведенных действий и настройки генератора, припаиваем к нему переключатель S1 (предварительно удалив перемычку) и собираем всю конструкцию в готовом или самодельном (смотри занятие по сборке блока питания) корпусе.

Будем считать, что мы успешно со всем справились, и в нашем радиолюбительском хозяйстве появился новый прибор – функциональный генератор. Оснащать его частотомером мы пока не будем (нет подходящей схемы) а будем его использовать в таком виде, учитывая, что нужную нам частоту мы можем выставить с помощью программы Virtins Multi-Instrument. Частотомер для генератора мы будем собирать на микроконтроллере, в разделе “Микроконтроллеры”.

Следующим нашим этапом в познании и практическом претворении в жизнь радиолюбительских устройств будет сборка светомузыкальной установки на светодиодах.


При повторении данной конструкции был случай, когда не удалось добиться правильной формы прямоугольных импульсов. Почему возникла такая проблема сказать трудно, возможно из-за такой работы микросхемы. Решить проблему очень легко. Для этого необходимо применить триггер Шмитта на микросхеме К561(КР1561)ТЛ1 по нижеприведенной схеме. Данная схема позволяет преобразовывать напряжение любой формы в прямоугольные импульсы с очень хорошей формы. Схема включается в разрыв проводника, идущего от вывода 9 микросхемы, вместо конденсатора С6.



radio-stv.ru

0 comments on “Схема генератора сигналов на микроконтроллере – Генератор сигналов на МК ATtiny2313

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *