Arduino Üzerinde Taşınabilir Fonksiyon Üreteci: 7 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Fonksiyon üreteci, özellikle devremizin belirli bir sinyale tepkisini test etmeyi düşündüğümüzde çok kullanışlı bir araçtır. Bu talimatta, küçük, kullanımı kolay, taşınabilir fonksiyon üretecinin yapım sırasını anlatacağım.

Projenin özellikleri:

• Tamamen dijital kontrol: Pasif analog bileşenlere gerek yok.
• Modüler tasarım: Her alt devre, önceden tanımlanmış, kullanımı kolay bir modüldür.
• Çıkış frekansı: 0Hz ila 10MHz arasında kullanılabilir.
• Basit kontrol: Dahili basma düğmeli tek döner kodlayıcı.
• Portatif kullanım için harici şarj özelliğine sahip Li-ion pil.
• Çıkış dalga formu için AC ve DC kuplaj.
• Enerji tüketimini azaltmak için LCD Parlaklık kontrolü.
• Pil şarj göstergesi.
• Dijital genlik kontrolü.
• Mevcut üç dalga formu: Sinüs, üçgen ve kare.

Adım 1: Fikir

Devrenin belirli bir dalga biçimine tepkisi hakkında bilgi almak için bazı test ekipmanı gerektiren birçok devre vardır. Bu proje, güç kaynağı olarak 3.7V bir Lityum-İyon pil ile Arduino'ya (bu durumda Arduino Nano) dayanmaktadır, böylece cihazı taşınabilir hale getirir. Arduino Nano kartının güç kaynağı olarak 5V gerektirdiği bilinmektedir, bu nedenle elektronik tasarım, Arduino'yu çalıştırmak için gerekli olan 3.7V pil voltajını 5V'a çeviren DC-DC yükseltici dönüştürücü içerir. Bu nedenle, bu proje nispeten basit şematik diyagram ile tamamen modüler olarak inşa edilmesi kolaydır.

Anakarta güç verilmesi: Cihaz, harici güç kaynağından 5V alan, PC veya harici USB şarj cihazı olabilen tek bir mini USB konektörüne sahiptir. 5V DC kaynağı bağlandığında, güç kaynağı devresine bağlı TP4056 şarj modülü tarafından Li-ion pil şarj edilecek şekilde devre tasarlanmıştır (Konu aşağıdaki adımlarda daha da genişletilecektir).

AD9833: entegre fonksiyon üreteci devresi tasarımın merkezi bir parçasıdır, frekans modülasyonu seçeneği ile kare/sinüs/üçgen dalga üretme yeteneğine sahip SPI arayüzü üzerinden kontrol edilir. AD9833'ün çıkış sinyali genliğini değiştirme yeteneği olmadığından, cihaz çıkış uç noktasında voltaj bölücü olarak dijital 8 bitlik bir potansiyometre kullandım (İleriki adımlarda açıklanacaktır).

Ekran: Arduino kullanıcıları arasında muhtemelen en popüler sıvı kristal ekran olan temel 16x2 LCD'dir. Enerji tüketimini azaltmak için, Arduino ön tanımlı "analog" pininden gelen PWM sinyali ile LCD arka ışığını ayarlama seçeneği vardır.

Bu kısa girişten sonra yapım sürecine geçebiliriz.

Adım 2: Parçalar ve Enstrümanlar

1: Elektronik Parçalar:

1.1: Entegre Modüller:

• Arduino Nano kurulu
• 1602A - Genel likit kristal ekran
• CJMCU - AD9833 Fonksiyon üreteci modülü
• TP4056 - Li-ion pil şarj modülü
• DC-DC Step-Up kapak modülü: 1.5V-3V - 5V dönüştürücü

1.2: Entegre Devreler:

• SRD=05VDC - 5V SPDT röle
• X9C104P - 8 bit 100KOhm dijital potansiyometre
• EC11 - SPST anahtarlı Döner Kodlayıcı
• 2 x 2N2222A - NPN genel amaçlı BJT

1.3: Pasif ve sınıflandırılmamış parçalar:

• 2 x 0.1uF -Seramik kapasitörler
• 2 x 100uF - Elektrolitik kapasitörler
• 2 x 10uF - Elektrolitik kapasitörler
• 3 adet 10KOhm Direnç
• 2 x 1.3KOhm Dirençler
• 1 x 1N4007 Doğrultucu diyot
• 1 x SPDT Geçiş anahtarı

1.4: Konektörler:

• 3 x 4 pinli JST 2.54mm aralıklı konektörler
• 3 x 2 pimli JST 2,54 mm aralıklı konektörler
• 1 x RCA Yuva konektörü

2: Mekanik Parçalar:

• 1 x 12.5cm x 8cm x 3.2cm Plastik muhafaza
• 6 x KA-2mm çekme vidası
• 4 x KA-8mm delme vidası
• 1 x Enkoder düğmesi (Kapak)
• 1 x 8cm x 5cm Prototip tahtası

3. Araçlar ve Yazılım:

• Lehimleme istasyonu/demir
• Elektrikli tornavida
• Çok sayıda boyuttaki taşlama eğeleri
• Keskin bıçak
• Matkap uçları
• Tornavida uçları
• Sıcak yapıştırıcı tabancası
• Mini USB kablosu
• Arduino IDE'si
• Kaliper/cetvel

Adım 3: Şematik Açıklama

Şematik diyagramın anlaşılmasını kolaylaştırmak için açıklama alt devrelere bölünmüştür ve her alt devrenin her bir tasarım bloğu için sorumluluğu vardır:

1. Arduino Nano Devresi:

Arduino Nano modülü, cihazımız için bir "Ana Beyin" görevi görmektedir. Cihazdaki tüm çevresel modülleri hem dijital hem de analog çalışma modlarında kontrol eder. Bu modülün kendi mini USB giriş konektörü olduğundan hem güç kaynağı girişi hem de programlama arayüzü girişi olarak kullanılacaktır. Bu nedenle, J1 - mini-USB konektörü Arduino Nano'nun (U4) şematik sembolünden ayrılmıştır.

Genel amaçlı I/O olarak özel analog pinleri (A0.. A5) kullanma seçeneği vardır, bu nedenle pinlerin bir kısmı dijital çıkış olarak kullanılır, LCD ile haberleşir ve cihazın çıkışının AC/DC kuplaj seçimi yapılır. A6 ve A7 analog pinleri özel analog giriş pinleridir ve veri sayfasında tanımlandığı gibi Arduino Nano mikrodenetleyici ATMEGA328P TQFP paketi nedeniyle sadece ADC girişi olarak kullanılabilir. Pil voltaj hattı VBAT'nin analog giriş pimi A7'ye bağlı olduğuna dikkat edin, çünkü Li-ion pil voltajının düşük pil durumunu belirlemek için değerini almamız gerekir.

2. Güç Kaynağı:

Güç kaynağı devresi, tüm cihaza 5V'a dönüştürülmüş 3.7V Li-ion pil ile güç verilmesine dayanır. SW1, tüm devredeki güç akışını kontrol eden bir SPST geçiş anahtarıdır. Şemalardan da anlaşılacağı gibi Arduino Nano modülünün mikro-USB konnektörü ile harici güç kaynağı bağlandığında, pil TP4056 modülü üzerinden şarj olmaktadır. Toprakta bir DC-DC yükseltici dönüştürücü anahtarlama gürültüsü ve tüm devrenin 5V potansiyelleri olduğundan, devre üzerinde birkaç değerde baypas kapasitörlerinin bulunduğundan emin olun.

3. AD9833 ve Çıktı:

Bu alt devre, AD9833 modülü (U1) tarafından tanımlanan uygun çıkış dalga biçimini sağlar. Cihazda sadece tek güç kaynağı (5V) bulunduğundan, çıkış kaskadına kuplaj seçim devresi bağlanmasına ihtiyaç vardır. C1 kondansatörü, genlik seçim aşamasına seri olarak bağlanır ve röle indüktörü üzerindeki sürüş akımı ile susturulabilir, böylece çıkış sinyalinin doğrudan çıkış aşamasına kadar izlenmesi sağlanır. C1 değeri 10uF'dir, düşük frekanslarda bile dalga formunun bozulmadan kapasitörden geçmesi yeterlidir, sadece DC kaldırılmasından etkilenir. Q1, rölenin indüktörü üzerinden akımı sürmek için kullanılan basit BJT anahtarı olarak kullanılır. Cihaz devrelerine zarar verebilecek voltaj yükselmelerini önlemek için diyotun röle indüktörüne ters tahsiste bağlandığından emin olun.

Son fakat en az olmayan aşama, bir genlik seçimidir. U6, belirli bir çıkış dalga formu için voltaj bölücü görevi gören 8 bitlik dijital potansiyometre IC'dir. X9C104P, çok basit silecek konumu ayarına sahip 100KOhm'lik bir dijital potansiyometredir: Arttırma/azaltma silecek konumunu ayarlamak için 3 pinli dijital girişler.

4. LCD:

16x2 likit kristal ekran, kullanıcı ile cihazın devreleri arasındaki grafiksel arayüzdür. Enerji tüketimini azaltmak için, LCD arka ışık katot pini, anahtar olarak bağlanan Q2 BJT'ye bağlanır, Arduino analogWrite yeteneği ile sürülen PWM sinyali ile kontrol edilir (Arduino kod adımında anlatılacaktır).

5. Kodlayıcı:

Enkoder devresi, tüm cihaz çalışmasını tanımlayan bir kontrol arayüzüdür. U9, kodlayıcı ve bir SPST anahtarından oluşur, bu nedenle projeye ek düğmeler eklemeye gerek yoktur. Encoder ve switch pinleri harici 10KOhm dirençler tarafından yukarı çekilmelidir, ancak kod ile de tanımlanabilir. Bu giriş hatlarında sıçramayı önlemek için enkoder A ve B pinlerine paralel olarak 0.1 uF kapasitör eklenmesi önerilir.

6. JST Konnektörleri:

Cihazın tüm harici parçaları JST konektörleri ile bağlanır, böylece yapım sürecinde hata için yeri azaltan ek bir özellik ile cihazın montajı çok daha uygun hale gelir. Bağlayıcıların eşlenmesi şu şekilde yapılır:

• J3, J4: LCD
• J5: Kodlayıcı
• J6: Pil
• J7: SPST geçiş anahtarı
• J8: RCA çıkış konektörü

Adım 4: Lehimleme

Bu projenin modüler tasarımı nedeniyle, lehimleme adımı basitleşir:

A. Ana kart lehimleme:

1. Her şeyden önce, prototip panosunu istenilen kasa boyutlarına göre kırpmak gerekir.

2. Arduino Nano modülünün lehimlenmesi ve ilk çalışmasının test edilmesi.

3. Güç kaynağı devresinin lehimlenmesi ve tüm voltaj değerlerinin kontrol edilmesi cihaz gereksinimlerine uygundur.

4. AD9833 modülünün tüm çevresel devrelerle lehimlenmesi.

5. Tüm JST konektörlerinin lehimlenmesi.

B. Harici bileşenler:

1. JST erkek konnektör kablolarını ana kartta planlandığı gibi TAM sırayla LCD pinlerine lehimleyin.

2. JST Erkek konnektörün kablolarını önceki adıma benzer şekilde kodlayıcıya lehimleyin

3. JST kablolarına lehimleme geçiş anahtarı.

4. JST kablolarını aküye lehimleme (Gerekirse. eBay'de bulunan bazı Li-ion piller kendi JST konektörleriyle önceden lehimlenmiştir).

Adım 5: Muhafaza ve Montaj

Tüm lehimleme işlemleri tamamlandıktan sonra cihaz montaj sırasına geçebiliriz:

1. Cihazın harici parçalarının yerleştirilmesini düşünün: Benim durumumda, geçiş anahtarı ve RCA konektörü muhafaza kutusunun ayrı taraflarına yerleştirildiğinde, kodlayıcıyı LCD'nin altına yerleştirmeyi tercih ettim.

2. LCD çerçevesinin hazırlanması: LCD'nin cihazda nereye yerleştirileceğine karar verin, doğru yönde yerleştirildiğinden emin olun, tüm kesme işlemini bitirdikten sonra birkaç kez başıma geldi, LCD dikey olarak ters çevrildi, bahsetmişken üzücü, çünkü LCD çerçevesinin yeniden düzenlenmesi gerekiyor.

Çerçeve seçildikten sonra, tüm çerçevenin çevresine birkaç delik açın. Taşlama eğesi ile istenmeyen tüm plastik kesikleri giderin.

LCD'yi içeriden yerleştirin ve muhafaza üzerindeki vida noktalarını bulun. Uygun çaplı matkap uçları ile delikler açın. Çekilmiş vidaları takın ve somunları ön panelin iç tarafına sabitleyin.

3. Enkoder: Paket üzerinde sadece tek döner parça bulunur. Alanı enkoder döner ataşman çapına göre delin. İçeriden yerleştirin, sıcak tutkal tabancasıyla sabitleyin. Döner ataşmanın üzerine bir kapak yerleştirin.

4. Açma/kapama düğmesi: Serbestçe aşağı veya yukarı çekilebilmesi için geçiş anahtarı salınımının boyutlarına karar verin. Geçiş anahtarında vida noktaları varsa, mahfaza üzerinde uygun alanları delin, Aksi takdirde sıcak tutkal tabancasıyla sabitleyebilirsiniz.

5. RCA çıkış konektörü: Muhafazanın yan-alt tarafında RCA çıkış konektörü için uygun çapta delik açın. Sıcak tutkal tabancasıyla sabitleyin.

6. Ana kart ve pil: Li-ion pili kasanın alt tarafına yerleştirin. Pil, sıcak tutkal tabancasıyla sabitlenebilir. Ana kart, her bir ana kart köşesinde 4 vida için dört yerden delinmelidir. Arduino mini-USB girişinin kasa sınırına mümkün olduğunca yakın olduğundan emin olun (Şarj ve programlama amacıyla kullanmamız gerekecek).

7. Mini-USB: Arduino Nano mikro-USB için istenen alanı bir taşlama dosyası ile keserek, tamamen monte edildiğinde harici güç kaynağını/PC'yi cihaza bağlamayı mümkün kılar.

8. Son: Tüm JST konektörlerini bağlayın, muhafazanın her iki parçasını da dört adet 8 mm'lik vidayla muhafazanın her bir köşesine takın.

Adım 6: Arduino Kodu

Ekli kod, tam cihaz çalışması için gerekli olan tam cihaz kodudur. Gerekli tüm açıklamalar kodun içindeki yorum bölümlerine eklenmiştir.

7. Adım: Son Test

Cihazımızı kullanıma hazır hale getirdik. mini-USB konektörü hem programlayıcı girişi hem de harici şarj girişi olarak işlev görür, böylece cihaz tamamen monte edildiğinde programlanabilir.

Umarım, bu talimatı faydalı bulursunuz, Okuduğunuz için teşekkürler!;)