Gerador de função portátil no Arduino: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

O gerador de funções é uma ferramenta muito útil, especialmente quando estamos considerando testar a resposta do nosso circuito a um determinado sinal. Neste instrutível, descreverei a sequência de construção de um gerador de função portátil pequeno e fácil de usar.

Características do projeto:

• Controle totalmente digital: Não há necessidade de componentes analógicos passivos.
• Design modular: cada subcircuito é um módulo fácil de usar predefinido.
• Frequência de saída: Faixa disponível de 0 Hz a 10 MHz.
• Controle simples: Codificador rotativo único com botão embutido.
• Bateria de íon-lítio para uso portátil, com capacidade de carregamento externo.
• Acoplamento AC e DC para forma de onda de saída.
• Controle de brilho do LCD para redução do consumo de energia.
• Indicador de carga da bateria.
• Controle de amplitude digital.
• Três formas de onda disponíveis: Seno, triângulo e quadrado.

Etapa 1: a ideia

Existem muitos circuitos que requerem algum equipamento de teste para obter informações sobre a resposta do circuito a uma determinada forma de onda. Este projeto é baseado em Arduino (Arduino Nano neste caso), com 3,7 V e uma bateria de íon-lítio como fonte de alimentação, tornando o dispositivo portátil. É sabido que a placa Arduino Nano requer 5 V como fonte de alimentação, então o design eletrônico contém um conversor DC-DC que converte a voltagem da bateria de 3,7 V para 5 V necessária para ligar o Arduino. Assim, este projeto é fácil de construir, totalmente modular, com diagrama esquemático relativamente simples.

Alimentação da placa: O dispositivo possui um único conector mini-USB que recebe 5 V da fonte de alimentação externa, que pode ser um PC ou um carregador USB externo. o circuito projetado de forma que, quando a fonte de 5 Vcc é conectada, a bateria de íon de lítio está sendo carregada pelo módulo carregador TP4056 que está conectado ao circuito de fonte de alimentação (o tópico será expandido nas etapas a seguir).

AD9833: circuito gerador de função integrado é uma parte central do projeto, controlado via interface SPI com capacidade de gerar onda quadrada / senoidal / triangular com opção de modulação de frequência. Como o AD9833 não tem capacidade de alterar a amplitude do sinal de saída, usei um potenciômetro digital de 8 bits como divisor de tensão no ponto final de saída do dispositivo (será descrito nas próximas etapas).

Display: é o LCD 16x2 básico, provavelmente o display de cristal líquido mais popular entre os usuários do Arduino. Para reduzir o consumo de energia, há uma opção para ajustar a luz de fundo do LCD via sinal PWM do pino "analógico" predefinido do Arduino.

Após esta breve introdução, podemos prosseguir com o processo de construção.

Etapa 2: Peças e instrumentos

1: Peças eletrônicas:

1.1: Módulos integrados:

• Placa Arduino Nano
• 1602A - Tela de cristal líquido genérico
• CJMCU - Módulo gerador de função AD9833
• TP4056 - Módulo carregador de bateria de íon-lítio
• Módulo coverter DC-DC Step-Up: conversor de 1,5 V-3 V para 5 V

1.2: Circuitos integrados:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT relé
• X9C104P - potenciômetro digital de 8 bits 100KOhm
• EC11 - Codificador Rotativo com Chave SPST
• 2 x 2N2222A - NPN BJT de uso geral

1.3: Partes passivas e não classificadas:

• 2 x 0,1uF - capacitores cerâmicos
• 2 x 100uF - capacitores eletrolíticos
• 2 x 10uF - capacitores eletrolíticos
• 3 x resistores de 10 KOhm
• 2 x resistores de 1,3 KOhm
• 1 x 1N4007 diodo retificador
• 1 x interruptor de alternância SPDT

1.4: Conectores:

• 3 conectores JST 2,54 mm de 4 pinos
• 3 conectores JST de 2 pinos com pitch de 2,54 mm
• 1 x conector de receptáculo RCA

2: Peças Mecânicas:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm Caixa de plástico
• Parafusos de tração 6 x KA-2mm
• 4 parafusos de perfuração KA-8mm
• 1 x botão codificador (tampa)
• Placa de protótipo 1 x 8 cm x 5 cm

3. Instrumentos e software:

• Estação de solda / ferro
• Chave de fenda elétrica
• Moagem de arquivos de vários tamanhos
• Faca afiada
• Brocas
• Bits de chave de fenda
• Pistola de cola quente
• Cabo mini USB
• IDE Arduino
• Paquímetro / régua

Etapa 3: Explicação esquemática

Para facilitar a compreensão do diagrama esquemático, a descrição é dividida em subcircuitos, enquanto cada subcircuito é responsável por cada bloco de projeto:

1. Circuito Arduino Nano:

O módulo Arduino Nano atua como um "cérebro principal" para o nosso dispositivo. Ele controla todos os módulos periféricos no dispositivo, nos modos de operação digital e analógico. Como este módulo tem seu próprio conector de entrada mini-USB, ele será usado como uma entrada de fonte de alimentação e como uma entrada de interface de programação. Por causa disso, J1 - o conector mini-USB é separado do símbolo esquemático do Arduino Nano (U4).

Há uma opção para usar pinos analógicos dedicados (A0.. A5) como E / S de propósito geral, então alguns dos pinos são usados como saída digital, comunicando-se com LCD e seleção de acoplamento AC / DC da saída do dispositivo. Os pinos analógicos A6 e A7 são pinos de entrada analógica dedicada e só podem ser usados como entradas ADC, por causa do pacote do microcontrolador ATMEGA328P TQFP do Arduino Nano, conforme definido na ficha técnica. Observe que a linha de tensão da bateria VBAT está conectada ao pino de entrada analógica A7, porque precisamos obter seu valor para determinar o estado da bateria fraca da tensão da bateria de íons de lítio.

2. Fonte de alimentação:

O circuito de alimentação é baseado na alimentação de todo o dispositivo por meio da bateria de íons de lítio de 3,7 V convertida em 5 V. SW1 é uma chave seletora SPST que controla o fluxo de energia em todo o circuito. Como pode ser visto nos esquemas, quando a fonte de alimentação externa é conectada via conector micro-USB do módulo Arduino Nano, a bateria está sendo carregada através do módulo TP4056. Certifique-se de que capacitores de bypass de vários valores estejam presentes no circuito, uma vez que existe um ruído de chaveamento do conversor boost DC-DC no terra e potenciais de 5 V em todo o circuito.

3. AD9833 e Saída:

Este subcircuito fornece forma de onda de saída apropriada, definida pelo módulo AD9833 (U1). Como há apenas uma única fonte de alimentação no dispositivo (5 V), é necessário conectar o circuito de seleção de acoplamento à cascata de saída. O capacitor C1 é conectado em série ao estágio de seleção de amplitude e pode ser silenciado por meio de corrente motriz no indutor do relé, tornando assim o sinal de saída rastreado direto para o estágio de saída. C1 tem valor de 10uF, é suficiente para que a forma de onda, mesmo em frequências baixas, passe pelo capacitor sem ser distorcida, afetada apenas pela remoção da CC. Q1 é usado como uma chave BJT simples usada para conduzir a corrente através do indutor do relé. Certifique-se de que o diodo esteja conectado em uma alocação reversa ao indutor do relé, a fim de evitar picos de tensão que podem danificar os circuitos do dispositivo.

Por último, mas não menos importante, o estágio é uma seleção de amplitude. U6 é um potenciômetro digital IC de 8 bits, que atua como divisor de tensão para uma determinada forma de onda de saída. O X9C104P é um potenciômetro digital de 100KOhm com ajuste muito simples da posição do limpador: entradas digitais de 3 pinos para ajustar a posição do limpador de incremento / decremento.

4. LCD:

A tela de cristal líquido 16x2 é uma interface gráfica entre o usuário e os circuitos do dispositivo. A fim de reduzir o consumo de energia, o pino do cátodo da luz de fundo do LCD é conectado ao Q2 BJT conectado como uma chave, controlada pelo sinal PWM conduzido pela capacidade analogWrite do Arduino (será descrito na etapa de código do Arduino).

5. Codificador:

O circuito codificador é uma interface de controle, definindo a operação de todo o dispositivo. O U9 consiste em um codificador e uma chave SPST, portanto, não há necessidade de adicionar botões adicionais ao projeto. Os pinos do codificador e da chave devem ser puxados por resistores externos de 10KOhm, mas também podem ser definidos via código. Recomenda-se adicionar capacitores de 0,1uF em paralelo aos pinos A e B do codificador para evitar saltos nessas linhas de entrada.

6. Conectores JST:

Todas as partes externas do aparelho são conectadas através de conectores JST, o que torna muito mais conveniente a montagem do aparelho, com a função adicional de reduzir o espaço para erros durante o processo de construção. O mapeamento dos conectores é feito desta forma:

• J3, J4: LCD
• J5: Codificador
• J6: Bateria
• J7: interruptor de alternância SPST
• J8: conector de saída RCA

Etapa 4: Solda

Devido ao design modular deste projeto, a etapa de soldagem se torna simples:

A. Solda da placa principal:

1. Em primeiro lugar, é necessário recortar a placa de protótipo no tamanho das dimensões de gabinete desejadas.

2. Soldando o módulo Arduino Nano e testando sua operação inicial.

3. Soldar o circuito de alimentação e verificar todos os valores de tensão em conformidade com os requisitos do dispositivo.

4. Módulo de solda AD9833 com todos os circuitos periféricos.

5. Soldando todos os conectores JST.

B. Componentes externos:

1. Soldar os fios do conector JST macho aos pinos do LCD na ordem EXATA, conforme planejado na placa principal.

2. Soldar os fios do conector JST Macho ao codificador de forma semelhante à etapa anterior

3. Chave seletora de solda para os fios JST.

4. Soldar os fios JST à bateria (se for necessário. Algumas das baterias de íon de lítio disponíveis no eBay são pré-soldadas com seu próprio conector JST).

Etapa 5: Gabinete e montagem

Depois que toda a solda for feita, podemos prosseguir para a sequência de montagem do dispositivo:

1. Pense no posicionamento das peças externas do dispositivo: no meu caso, preferi colocar o codificador abaixo do LCD, quando a chave seletora e o conector RCA são colocados em lados separados da caixa de proteção.

2. Preparando o quadro do LCD: Decida onde o LCD ficará localizado no dispositivo, certifique-se de que ficará na direção certa, aconteceu comigo várias vezes que depois de terminar todo o processo de corte, o LCD foi invertido verticalmente, falando nisso é triste, porque é necessário reorganizar a moldura do LCD.

Depois que o quadro for selecionado, faça vários furos no perímetro de todo o quadro. Remova todos os cortes de plástico indesejados com uma lima de amolar.

Insira o LCD por dentro e localize os pontos de parafuso no gabinete. Faça furos com brocas de diâmetro apropriado. Insira os parafusos puxados e aperte as porcas no lado interno do painel frontal.

3. Codificador: possui apenas uma única peça rotativa na embalagem. Perfure a área de acordo com o diâmetro do acessório rotativo do codificador. Insira por dentro, fixe com uma pistola de cola quente. Coloque uma tampa no acessório rotativo.

4. Chave seletora: decida as dimensões da oscilação da chave seletora, para que possa ser puxada para baixo ou para cima livremente. Se você tiver pontos de parafuso na chave seletora, perfure as áreas apropriadas no gabinete, caso contrário, você pode fixá-lo com uma pistola de cola quente.

5. Conector de saída RCA: Faça um orifício de diâmetro apropriado para o conector de saída RCA no lado inferior do gabinete. Fixe com a pistola de cola quente.

6. Placa principal e bateria: Coloque a bateria de íon de lítio na parte inferior do gabinete. A bateria pode ser fixada com uma pistola de cola quente. A placa principal deve ser perfurada em quatro lugares para 4 parafusos em cada canto da placa principal. Certifique-se de que a entrada mini-USB do Arduino esteja o mais próximo possível do limite do gabinete (teremos que usá-lo para fins de carregamento e programação).

7. Mini-USB: corte a área desejada para o Arduino Nano micro-USB com um arquivo de moagem, tornando possível conectar a fonte de alimentação externa / PC ao dispositivo quando estiver completamente montado.

8. Final: Conecte todos os conectores JST, prenda ambas as partes do gabinete com quatro parafusos de 8 mm em cada canto do gabinete.

Etapa 6: o código do Arduino

O código anexado é o código completo do dispositivo necessário para a operação completa do dispositivo. Todas as explicações necessárias estão anexadas nas seções de comentários dentro do código.

Etapa 7: Teste Final

Temos nosso dispositivo pronto para ser usado. O conector mini-USB atua como entrada do programador e entrada do carregador externo, portanto, o dispositivo pode ser programado quando estiver completamente montado.

Espero que você ache este instrutível útil, Obrigado por ler!;)