Gjeneratori i funksionit: 12 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Ky udhëzues përshkruan modelin e gjeneratorit të funksioneve bazuar në qarkun e integruar Animal të Maxims MAX038

Gjeneratori i funksioneve është një mjet shumë i dobishëm për freaksët elektronikë. Isshtë e nevojshme për akordimin e qarqeve të rezonancës, testimin e pajisjeve audio dhe video, projektimin e filtrave analoge dhe për shumë qëllime të tjera të ndryshme.

Sot ekzistojnë dy lloje kryesore të gjeneratorëve të funksioneve; dixhitale, (bazuar në DSP, DDS…) të cilat përdoren gjithnjë e më shpesh dhe analoge, të cilat ishin origjina.

Të dy llojet kanë avantazhet dhe disavantazhet e tyre. Gjeneratorët dixhital mund të gjenerojnë sinjale me frekuencë shumë të qëndrueshme, por ata kanë probleme me gjenerimin e sinjaleve sinus shumë të pastra (çfarë nuk është problem për atë analog). Gjithashtu gjeneratorët e funksioneve kryesisht të përhapur bazuar në qasjen DDS nuk kanë një gamë gjenerimi të frekuencave aq të mëdha.

Prej kohësh doja të krijoja një gjenerator funksionesh të dobishëm, i cili në një farë mënyre mund të kombinonte disa nga avantazhet e të dy llojeve të gjeneratorëve (analog dhe dixhital). Vendosa ta bazoj modelin në çipin Maxim MAX038*

* Vërejtje - ky çip nuk prodhohet dhe shitet më nga Maxim. Shtë e vjetëruar. Ende është e mundur ta gjeni në eBay, Aliexpress dhe faqe të tjera për komponentët elektronikë.

Ekzistojnë edhe patate të skuqura të tjera të funksionit analog (XR2206 nga Exar, icl8038 nga Intersil), por unë kisha

një MAX038 në dispozicion, dhe e kam përdorur. Karakteristikat dixhitale të gjeneratorit të funksioneve u kryen nga një çip Atmega328. Funksionet e tij janë si më poshtë:

• kontrollon përzgjedhjen e intervalit të frekuencës
• kontrollon llojin e sinjalit (sinus, drejtkëndor, trekëndësh, dhëmb sharrë)
• mat amplitudën e sinjalit
• mat kompensimin e DC
• mat frekuencën e sinjalit
• mat THD të sinjalit sinus në rangun audio (kjo ende duhet të zbatohet)
• shfaq të gjithë këtë informacion në një ekran LCD me karakter 16x2.

Hapi 1: Përshkrimi MAX038

Unë kam bashkangjitur fletën e të dhënave MAX038. Aty mund të shihen parametrat më të rëndësishëm të çipit:

Gama e frekuencës së funksionimit 0.1Hz deri në 20MHz

♦ Format e valëve të trekëndëshit, dhëmbëve, sinusit, katrorit dhe pulsit

Fre Frekuenca e Pavarur dhe Rregullime të Ciklit të Detyrës

Gama e spastrimit të frekuencave to 350 deri në 1

♦ Cikli i ndryshueshëm i detyrës nga 15% në 85%

Ff Tampon dalës me rezistencë të ulët: 0.1Ω

♦ Zhvendosje e ulët e temperaturës 200ppm/° C

Një kërkesë tjetër e rëndësishme është nevoja për furnizim të dyfishtë (± 5V). Amplituda e daljes është fikse (~ 2 VP-P me 0 V DC offset).

Në faqen 8 të fletës së të dhënave mund të shihet bllok-diagrami i çipit. Në faqen 11 mund të shihet qarku më i thjeshtë, i cili mund të përdoret për gjenerimin e sinjalit të valës sinusale. Ky qark u mor si bazë për hartimin e gjeneratorit të funksioneve.

Hapi 2: Qarku…

Në figurë është paraqitur qarku i funksionit gjenerator kam bërë këtë imazh me rezolucionin më të lartë të mundshëm për të garantuar që secila vlerë e pajisjes mund të lexohet siç duhet. Skemat duken mjaft komplekse dhe për tu kuptuar më mirë do të shpjegoj pjesët kryesore të tij veç e veç. Shumë lexues mund të më fajësojnë se qarku është shumë i tepërt. Kjo eshte e vertete. Në fillim mund të shihni se përmban dy patate të skuqura MAX038. Arsyeja është se PCB mbështet të dy llojet e paketave SO dhe DIP. Teprica mund të shihet edhe në disa funksione -

1) LED -të tregojnë gamën aktuale të frekuencës aktive, por gjithashtu shfaqet në LCD;

2) LED -të përdoren gjithashtu për të treguar llojin e sinjalit, por edhe LCD -ja tregon këtë informacion

Dizajni është bërë në këtë mënyrë për të lejuar më shumë fleksibilitet për përdoruesit - sipas dëshirës ai nuk mund të përdorë LCD -në, ose thjesht mund të lërë bashkimin e LED -ve. Unë i kam bashkuar ato për të qenë në gjendje të korrigjoj funksionalitetin gjatë fazave të projektimit.

Mund të vërehet gjithashtu se unë përdor shumë opamps. Disa prej tyre mund të hiqen pa probleme - veçanërisht tamponët. Në kohën e tanishme opamps nga vetja e tyre ofrojnë tepricë të madhe - në një paketë mund të gjeni 2, 4 edhe 8 amplifikatorë të veçantë, dhe kjo me një çmim relativisht të ulët. Pse të mos i përdorni ato?

Të tepërt janë edhe kondensatorët filtrues - çdo çip analog i përdorur ka bankën e vet të kondensatorit (tantal + kondensatorë qeramikë për të dy furnizimet). Disa prej tyre gjithashtu mund të hiqen.

Hapi 3: Shpjegimi i qarkut - Furnizimi me energji elektrike (1)

Siç thashë, ky gjenerator kërkon furnizim të dyfishtë. Tensioni pozitiv krijohet nga përdorimi i rregullatorit linear të tensionit 7805. Furnizimi negativ gjenerohet nga çipi 7905. Pika e mesme e rubinetit të transformatorit 2x6V është e lidhur me tokën e përbashkët të tabelës. Furnizimet e gjeneruara të energjisë - si ato pozitive ashtu edhe ato negative ndahen në çorape analoge dhe dixhitale. Dy LED tregojnë praninë e secilit furnizim.

Hapi 4: Shpjegimi i qarkut - Kontrolli i gamës së frekuencës (2)

Për të mbuluar gamën e madhe të frekuencave, përdoret një bankë me shumë kondensatorë. Kondensatorët kanë vlera të ndryshme dhe përcaktojnë nën -rangje të ndryshme frekuencash. Vetëm një nga këta kondensatorë përdoret gjatë punës - pllaka e tij e poshtme është e bazuar nga ndërprerësi i transistorit MOS. Cila pllakë e poshtme e kondensatorëve që do të tokëzohet kontrollohet nga Atmega328 duke përdorur çipin demultiplekser 74HC238. Si ndërprerës MOS kam përdorur transistorë BSS123. Kërkesa kryesore për këtë ndërprerës është që të ketë Ron të ulët dhe kapacitetin më të ulët të mundshëm të kullimit. Kontrolli dixhital i bankës së kondensatorit mund të hiqet - PCB përmban vrima për bashkimin e telave për ndërprerësin mekanik rrotullues.

Hapi 5: Shpjegimi i qarkut - rregullimi i frekuencës (3)

Në foto janë paraqitur qarkullimi i kontrollit të frekuencës dhe ciklit të punës. Atje kam përdorur opampin standard LM358 (përforcues i dyfishtë në një paketë). Kam përdorur edhe potenciometra të dyfishtë 10K.

Çipi MAX038 gjeneron referencë të brendshme të tensionit 2.5V, e cila përdoret normalisht si referencë për të gjitha rregullimet.

Ky tension aplikohet në hyrjen përmbysëse të IC8a dhe gjeneron referencë të tensionit negativ të përdorur për DADJ (rregullimi i ciklit të punës). Të dy tensionet aplikohen në potenciometër për DADJ, rubineti i mesëm i të cilit ruhet dhe aplikohet në kunjin DADJ të çipit MAX038. Jumper JP5 mund të përdoret për të çaktivizuar funksionin DADJ, kur lidhet me tokën. Kontrolli i frekuencës "Kursi" është paraformuar duke ndryshuar rrymën e zhytur / buruar në kunjin MAX038 "IIN". Kjo rrymë përcaktohet nga rezistenca R41 dhe tensioni i daljes së opampit që zbut rubinetin e mesëm të potenciometrit të kontrollit të frekuencës së kursit. Të gjitha këto mund të zëvendësohen me një potenciometër të vetëm (në lidhje reostat) midis kunjave REF dhe IIN MAX038.

Hapi 6: Shpjegimi i qarkut - Kontrolli i amplitudës, gjenerimi i sinjalit SYNC… (4)

Siç është shkruar në fletën e të dhënave sinjali dalës pf MAX038 ka amplituda ~ 1 V me tension DC të barabartë me potencialin e tokës.

Unë doja të kisha mundësinë për të kontrolluar amplitudën e sinjalit dhe të isha në gjendje të përcaktoja kompensimin DC me veten time. Si veçori shtesë doja të kisha sinjal SYNC me nivele CMOS paralelisht me sinjalin dalës. Si parazgjedhje, çipi MAX038 gjeneron një sinjal të tillë, por në fletën e të dhënave kam lexuar se nëse kjo veçori është e aktivizuar (çfarë do të thotë - pin+ DV i lidhur me 5V), disa kulme (zhurmë) mund të vërehen në sinjalin analog të daljes. Doja të mbaja ishte aq i pastër sa të ishte e mundur dhe për atë arsye unë krijova sinjalin SYNC nga jashtë. PCB është bërë në atë mënyrë që kunja DV+ të lidhet lehtësisht me furnizimin kryesor. Kunja SYNC drejtohet në lidhësin BNC - vetëm rezistenca 50 Ohm duhet të bashkohet. Në këtë rast, qarku i gjenerimit të sinjalit SYNC mund të hiqet. Këtu siç e shihni unë përdor edhe potenciometra të dyfishtë, por ata nuk janë të lidhur paralelisht. Arsyeja për këtë është - unë e mat amplitudën relativisht. Tensioni në pikën e mesme të një potenciometri ndihet nga Atmega328 ADC dhe amplituda e sinjalit llogaritet bazuar në këtë vlerë. Sigurisht që kjo metodë nuk është shumë e saktë (mbështetet në përputhjen e të dy seksioneve të potenciometrit, e cila nuk ndodh gjithmonë), por është mjaft e saktë për aplikimet e mia. Në këtë qark IC2A po punon si tampon i tensionit. IC4A gjithashtu. Opamp IC2B punon si përforcues përmbledhës - krijon sinjalin dalës të gjeneratorit funksional si shumë e tensionit të kompensuar dhe sinjalin kryesor me amplituda të rregulluar. Ndarësi i tensionit R15. R17 gjeneron sinjal të përshtatshëm të tensionit për matjen e kompensimit të sinjalit kryesor DC. Ajo ndihet nga Atmega328 ADC. Opamp IC4B punon si krahasues - ai kontrollon inverterin e gjeneratës SYNC të realizuar nga dy transistorët MOS (BSS123 dhe BSS84). U6 (THS4281 - Texas Instruments) zhvendos sinjalin dalës të gjeneruar nga MAX038 DC me 2.5 V dhe e amplifikon atë 1.5 herë. Sinjali i gjeneruar ndihet nga AVR ADC dhe përpunohet më tej me algoritëm FFT. Në këtë pjesë kam përdorur hekurudhë me cilësi të lartë për të hekurudhur opamps me gjerësi brezi 130 MHz (TI - LMH6619).

Për të qenë e lehtë për të kuptuar se si funksionon saktësisht gjenerimi i sinjalit SYNC, unë jam duke përfshirë disa fotografi të simulimeve LTSpice të qarkut. Në foton e tretë: sinjali blu është tensioni i kompensuar (hyrja e IC2B). E gjelbër është sinjali i daljes me amplituda të rregulluar. E kuqja është sinjali i daljes së gjeneratorit funksional, Kurba cianike është sinjali SYNC.

Hapi 7: Dizajni i PCB

Kam përdorur "Eagle" për hartimin e PCB. Kam porositur PCB -të në "PCBway". Atyre iu deshën vetëm katër ditë për të prodhuar dërrasat dhe një javë për t'i dorëzuar ato. Cilësia e tyre është e lartë, dhe çmimi është jashtëzakonisht i ulët. Kam paguar vetëm 13 dollarë për 10 PCB!

Përveç kësaj unë mund të porosisja një PCB me ngjyra të ndryshme pa rritje çmimi. Unë kam zgjedhur ato të verdha:-).

Po i bashkëngjit skedarët gerber sipas rregullave të projektimit "PCBway".

Hapi 8: Saldimi

Së pari bashkova pajisjet e qarkut të furnizimit me energji..

Pas testimit të bllokut të furnizimit, unë kam bashkuar çipin Atmega328 me pajisjet e tij mbështetëse: kristal kuarci, kondensatorë, kapakë filtrues dhe lidhësin ISP. Siç e shihni unë kam një bluzë në vijën e furnizimit të çipit AVR. E shkëpus atë kur programoj çipin përmes ISP -së. Unë përdor programuesin USBtiny për atë qëllim.

Si hap tjetër bashkova çipin de-mux 74HC238, LED-të që tregojnë gamën e frekuencës. Unë ngarkova një program të vogël Arduino në çipin Atmega, i cili po testonte multipleximin. (shikoni videon nën lidhjen e mësipërme)

Hapi 9: Saldimi…

Si hap tjetër, bashkova opampet që punonin në modalitetin DC (LM358) dhe potenciometrat e frekuencës dhe rregullimit DADJ dhe kontrollova të gjitha funksionet e tyre.

Më tej bashkova çelsat BSS123, kondensatorët përcaktues të frekuencës dhe çipin MAX039. Kam testuar gjeneratorin funksional që kontrollon sinjalin në daljen e sinjalit të çipit amtare. (Ju mund të shihni sovjetikun tim të vjetër, të prodhuar në vitin 1986, duke punuar akoma oshiloskop në veprim:-))

Hapi 10: Më shumë saldim…

Pas kësaj unë bashkova prizën për ekranin LCD dhe e testova me skicën "Përshëndetje botë".

Unë bashkova opampet e tjera të mbetura, kondensatorët, potenciometrat dhe lidhësit BNC.

Hapi 11: Softuer

Për krijimin e firmware Atmega328 kam përdorur Arduino IDE.

Për matjen e frekuencës kam përdorur bibliotekën "FreqCounter". Skedari skicë dhe biblioteka e përdorur janë në dispozicion për shkarkim. Unë kam krijuar simbole të veçanta për të përfaqësuar mënyrën e përdorur aktualisht (sinus, drejtkëndëshe, trekëndësh).

Në foton e mësipërme mund të shihni informacionin e treguar në LCD:

• Frekuenca F = xxxxxxxx në Hz
• Gama e frekuencës Rx
• Amplituda në mV A = xxxx
• Kompensuar në mV 0 = xxxx
• lloji i sinjalit x

Gjeneratori i funksioneve ka dy butona shtypi në pjesën e përparme në anën e majtë - ato përdoren për të ndryshuar gamën e frekuencës (hap lart - poshtë poshtë). Në të djathtë të tyre është çelësi rrëshqitës për kontrollin e modalitetit, pasi nga e majta në të djathtë ndiqni potenciometrin për kontrollin e frekuencës (kurs, mirë, DADJ), amplituda dhe kompensimi. Pranë potenciometrit të rregullimit të kompensuar është vendosur çelësi që përdoret për të ndërruar mes fiksimit në 2.5V DC offset dhe atij të akorduar.

Kam gjetur një gabim të vogël në kodin "Generator.ino" në skedarin ZIP - simbolet për format e valës sinus dhe trekëndësh u zëvendësuan. Në skedarin e vetëm "Generator.ino" të bashkangjitur këtu, gabimi korrigjohet.

Hapi 12: Për tu bërë…

Si hap i fundit kam ndërmend të zbatoj veçori shtesë - matjen e THD të sinjalit sinus të frekuencës audio në kohë reale duke përdorur FFT. Kjo është e nevojshme, sepse cikli i funksionimit të sinjalit sinus mund të ndryshojë nga 50%, çfarë mund të shkaktohet nga mospërputhjet e brendshme të çipave dhe arsye të tjera dhe mund të krijojë shtrembërime harmonike. Cikli i punës mund të rregullohet nga potenciometri, por pa respektuar sinjalin në oshiloskop ose analizues spektri është e pamundur të shkurtosh formën e tij. Llogaritja e THD bazuar në algoritmin FFT mund të zgjidhë problemin. Rezultati i llogaritjeve THD do të shfaqet në LCD në hapësirën boshe të sipërme të djathtë.

Në video mund të shihet spektri i gjeneruar nga sinjali sinus MAX038. Analizuesi i spektrit bazohet në bordin Arduino UNO + 2.4 TFT mburojë. Analizuesi i spektrit përdor bibliotekën SpltRadex Arduino të zhvilluar nga Anatoly Kuzmenko për të kryer FFT në kohë reale.

Unë ende nuk kam vendosur - të përdor këtë bibliotekë ose të përdor bibliotekën FHT të krijuar nga Musiclabs.

Kam ndërmend të përdor informacionin e marrë nga matjet e frekuencës për të llogaritur dritaren e duhur të marrjes së mostrave dhe për të pezulluar përdorimin e dritareve shtesë gjatë llogaritjeve të FFT. Më duhet vetëm të gjej pak kohë të lirë për ta bërë këtë të ndodhë. Shpresoj të kem disa rezultate së shpejti….