Generator Fungsi Portabel di Arduino: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Generator fungsi adalah alat yang sangat berguna, terutama ketika kita mempertimbangkan untuk menguji respons rangkaian kita terhadap sinyal tertentu. Dalam instruksi ini saya akan menjelaskan urutan bangunan generator fungsi portabel yang kecil, mudah digunakan.

Fitur proyek:

• Kontrol digital penuh: Tidak perlu komponen analog pasif.
• Desain modular: Setiap sub-sirkuit adalah modul yang mudah digunakan yang telah ditentukan sebelumnya.
• Frekuensi keluaran: Tersedia rentang dari 0Hz hingga 10MHz.
• Kontrol sederhana: Encoder putar tunggal dengan tombol tekan bawaan.
• Baterai Li-ion untuk penggunaan portabel, dengan kemampuan pengisian eksternal.
• Kopling AC dan DC untuk bentuk gelombang keluaran.
• Kontrol Kecerahan LCD untuk pengurangan konsumsi energi.
• Indikator pengisian baterai.
• Kontrol amplitudo digital.
• Tiga bentuk gelombang yang tersedia: Sinus, segitiga dan persegi.

Langkah 1: Idenya

Ada banyak rangkaian yang memerlukan beberapa peralatan pengujian untuk mendapatkan informasi tentang respons rangkaian terhadap bentuk gelombang tertentu. Proyek ini di berbasis Arduino (Arduino Nano dalam hal ini), dengan 3.7V baterai Lithium-Ion sebagai sumber daya sehingga membuat perangkat portabel. Diketahui bahwa papan Arduino Nano membutuhkan 5V sebagai catu daya, sehingga desain elektronik berisi konverter boost DC-DC yang mengubah tegangan baterai 3,7V menjadi 5V yang diperlukan untuk menyalakan Arduino. Dengan demikian, proyek ini mudah dibangun, sepenuhnya modular, dengan diagram skematik yang relatif sederhana.

Memberi daya pada papan: Perangkat memiliki satu konektor mini-USB yang menerima 5V dari catu daya eksternal, yang dapat berupa PC atau pengisi daya USB eksternal. sirkuit dirancang sedemikian rupa sehingga ketika sumber 5V DC terhubung, baterai Li-ion sedang diisi oleh modul pengisi daya TP4056 yang terpasang ke sirkuit catu daya (Topik akan diperluas lebih lanjut dalam langkah-langkah berikut).

AD9833: sirkuit generator fungsi terintegrasi adalah bagian utama dari desain, dikendalikan melalui antarmuka SPI dengan kemampuan untuk menghasilkan gelombang persegi/sinus/segitiga dengan opsi modulasi frekuensi. Karena AD9833 tidak memiliki kemampuan untuk mengubah amplitudo sinyal keluaran, saya telah menggunakan potensiometer 8-bit digital sebagai pembagi tegangan pada titik akhir keluaran perangkat (Akan dijelaskan dalam langkah lebih lanjut).

Tampilan: adalah LCD 16x2 dasar, yang mungkin merupakan tampilan kristal cair paling populer di kalangan pengguna Arduino. Untuk mengurangi konsumsi energi, ada opsi untuk menyesuaikan lampu latar LCD melalui sinyal PWM dari pin "analog" Arduino yang telah ditentukan sebelumnya.

Setelah pengenalan singkat ini, kita dapat melanjutkan ke proses pembangunan.

Langkah 2: Suku Cadang dan Instrumen

1: Bagian Elektronik:

1.1: Modul Terintegrasi:

• Papan Arduino Nano
• 1602A - Layar kristal cair generik
• CJMCU - AD9833 Modul generator fungsi
• TP4056 - Modul pengisi daya baterai Li-ion
• Modul penutup DC-DC Step-Up: konverter 1.5V-3V ke 5V

1.2: Sirkuit Terpadu:

• SRD=05VDC - relai 5V SPDT
• X9C104P - potensiometer digital 100KOhm 8-bit
• EC11 - Rotary Encoder dengan sakelar SPST
• 2 x 2N2222A - NPN tujuan umum BJT

1.3: Bagian pasif dan tidak diklasifikasikan:

• 2 x 0.1uF - Kapasitor keramik
• 2 x 100uF - Kapasitor elektrolit
• 2 x 10uF - Kapasitor elektrolit
• 3 x 10KOhm Resistor
• 2 x 1.3KOhm Resistor
• 1 x 1N4007 Penyearah dioda
• 1 x Saklar Pengalih SPDT

1.4: Konektor:

• 3 x 4-pin JST 2.54mm konektor pitch
• 3 x 2-pin JST 2.54mm konektor pitch
• 1 x konektor RCA Wadah

2: Bagian Mekanik:

• 1x12.5cm x 8cm x 3.2cm Kandang plastik
• 6 x KA-2mm menarik sekrup
• 4 x sekrup pengeboran KA-8mm
• 1 x Kenop Encoder (Tutup)
• Papan prototipe 1 x 8cm x 5cm

3. Instrumen dan Perangkat Lunak:

• Stasiun solder/besi
• obeng listrik
• Menggiling file dengan berbagai ukuran
• Pisau tajam
• Mata bor
• Mata obeng
• Pistol lem panas
• Kabel mini USB
• Arduino IDE
• Kaliper/penggaris

Langkah 3: Penjelasan Skema

Untuk memudahkan memahami diagram skema, deskripsi dibagi dalam sub-sirkuit sementara setiap sub-sirkuit memiliki tanggung jawab untuk setiap blok desain:

1. Sirkuit Arduino Nano:

Modul Arduino Nano bertindak sebagai "Otak Utama" untuk perangkat kita. Ini mengontrol semua modul periferal pada perangkat, baik dalam mode operasi digital dan analog. Karena modul ini memiliki konektor input mini-USB sendiri, modul ini akan digunakan sebagai input catu daya dan input antarmuka pemrograman. Karena itu, J1 - konektor mini-USB terlepas dari simbol skema Arduino Nano (U4).

Ada pilihan untuk menggunakan pin analog khusus (A0.. A5) sebagai tujuan umum I/O, sehingga beberapa pin digunakan sebagai output digital, berkomunikasi dengan LCD dan AC/DC coupling pilih output perangkat. Pin analog A6 dan A7 adalah pin input analog khusus dan hanya dapat digunakan sebagai input ADC, karena paket TQFP mikrokontroler Arduino Nano ATMEGA328P, seperti yang didefinisikan dalam datasheet. Perhatikan bahwa saluran tegangan baterai VBAT terpasang ke pin input analog A7, karena kita perlu mendapatkan nilainya untuk menentukan status baterai rendah dari tegangan baterai Li-ion.

2. Catu Daya:

Sirkuit catu daya didasarkan pada pemberian daya ke seluruh perangkat melalui baterai Li-ion 3.7V yang diubah menjadi 5V. SW1 adalah sakelar sakelar SPST yang mengontrol aliran daya di seluruh rangkaian. Seperti yang dapat dilihat dari skema, ketika catu daya eksternal terhubung melalui konektor micro-USB dari modul Arduino Nano, baterai sedang diisi melalui modul TP4056. Pastikan kapasitor bypass dari beberapa nilai ada di sirkuit, karena ada kebisingan switching konverter boost DC-DC di tanah dan potensi 5V dari seluruh rangkaian.

3. AD9833 dan Keluaran:

Sub-sirkuit ini menyediakan bentuk gelombang keluaran yang sesuai, yang ditentukan oleh modul AD9833 (U1). Karena hanya ada satu catu daya pada perangkat (5V), ada kebutuhan untuk memasang rangkaian pemilihan kopling ke kaskade keluaran. Kapasitor C1 dihubungkan secara seri ke tahap pemilihan amplitudo, dan dapat dibungkam melalui arus penggerak pada induktor relai, sehingga membuat sinyal keluaran dilacak langsung ke tahap keluaran. C1 memiliki nilai 10uF, itu cukup untuk bentuk gelombang bahkan frekuensi rendah untuk melewati kapasitor tanpa terdistorsi, hanya dipengaruhi oleh penghapusan DC. Q1 digunakan sebagai sakelar BJT sederhana yang digunakan untuk menggerakkan arus melalui induktor relai. Pastikan dioda terhubung dalam alokasi terbalik ke induktor relai, untuk menghindari lonjakan tegangan yang dapat merusak rangkaian perangkat.

Tahap terakhir namun tidak kalah pentingnya adalah pemilihan amplitudo. U6 adalah IC potensiometer digital 8-bit, yang bertindak sebagai pembagi tegangan untuk bentuk gelombang keluaran yang diberikan. X9C104P adalah potensiometer digital 100KOhm dengan penyesuaian posisi wiper yang sangat sederhana: input digital 3-pin untuk menyesuaikan posisi wiper kenaikan/penurunan.

4. LCD:

Layar kristal cair 16x2 adalah antarmuka grafis antara pengguna dan sirkuit perangkat. Untuk mengurangi konsumsi energi, pin katoda backlight LCD terhubung ke Q2 BJT yang terhubung sebagai sakelar, dikendalikan oleh sinyal PWM yang digerakkan oleh kemampuan analogWrite Arduino (Akan dijelaskan dalam langkah kode Arduino).

5. Pembuat kode:

Sirkuit encoder adalah antarmuka kontrol, yang mendefinisikan operasi perangkat secara keseluruhan. U9 terdiri dari encoder dan sakelar SPST, jadi tidak perlu menambahkan tombol tambahan ke proyek. Encoder dan pin sakelar harus ditarik oleh resistor 10KOhm eksternal, tetapi juga dapat ditentukan melalui kode. Disarankan untuk menambahkan kapasitor 0,1uF secara paralel ke pin encoder A dan B untuk menghindari pantulan pada jalur input ini.

6. Konektor JST:

Semua bagian eksternal perangkat terhubung melalui konektor JST, sehingga jauh lebih nyaman untuk merakit perangkat, dengan fitur tambahan untuk mengurangi kesalahan selama proses pembangunan. Pemetaan konektor dilakukan dengan cara ini:

• J3, J4: LCD
• J5: Encoder
• J6: Baterai
• J7: sakelar sakelar SPST
• J8: konektor keluaran RCA

Langkah 4: Menyolder

Karena desain modular proyek ini, langkah penyolderan menjadi sederhana:

A. Solder papan utama:

1. Pertama-tama, ada kebutuhan untuk memotong papan prototipe ke ukuran dimensi kandang yang diinginkan.

2. Menyolder Modul Arduino Nano dan menguji operasi awalnya.

3. Sirkuit catu daya menyolder dan memeriksa semua nilai tegangan sesuai dengan persyaratan perangkat.

4. Solder modul AD9833 dengan semua sirkuit periferal.

5. Solder semua konektor JST.

B. Komponen eksternal:

1. Solder kabel konektor male JST ke pin LCD dalam urutan PERSIS seperti yang direncanakan di papan utama.

2. Solder kabel konektor JST Male ke encoder mirip dengan langkah sebelumnya

3. Sakelar sakelar solder ke kabel JST.

4. Menyolder kabel JST ke baterai (Jika diperlukan. Beberapa baterai Li-ion yang tersedia di eBay sudah disolder sebelumnya dengan konektor JST mereka sendiri).

Langkah 5: Kandang dan Perakitan

Setelah semua penyolderan selesai, kita dapat melanjutkan ke urutan perakitan perangkat:

1. Pikirkan penempatan komponen eksternal perangkat: Dalam kasus saya, saya lebih suka menempatkan encoder di bawah LCD, ketika sakelar sakelar dan konektor RCA ditempatkan pada sisi yang terpisah dari kotak enklosur.

2. Mempersiapkan bingkai LCD: Tentukan di mana LCD akan ditempatkan pada perangkat, pastikan bahwa itu akan ditempatkan di arah yang benar, itu terjadi pada saya beberapa kali bahwa setelah saya menyelesaikan semua proses pemotongan, LCD terbalik secara vertikal, ngomong-ngomong menyedihkan, karena ada kebutuhan untuk mengatur ulang bingkai LCD.

Setelah bingkai dipilih, bor beberapa lubang di sekeliling seluruh bingkai. Hapus semua potongan plastik yang tidak diinginkan dengan file penggilingan.

Masukkan LCD dari dalam dan temukan titik sekrup pada enklosur. Bor lubang dengan mata bor diameter yang sesuai. Masukkan sekrup yang ditarik dan kencangkan mur di sisi dalam panel depan.

3. Encoder: hanya memiliki satu bagian putar pada paket. Bor area sesuai dengan diameter attachment putar encoder. Masukkan dari dalam, kencangkan dengan lem panas. Tempatkan tutup pada lampiran putar.

4. Sakelar sakelar: tentukan dimensi ayunan sakelar sakelar, sehingga dapat ditarik ke bawah atau ke atas dengan bebas. Jika Anda memiliki titik sekrup pada sakelar sakelar, bor area yang sesuai pada penutup. Jika tidak, Anda dapat mengencangkannya dengan pistol lem panas.

5. Konektor output RCA: Bor lubang berdiameter yang sesuai untuk konektor output RCA di sisi bawah enklosur. Kencangkan dengan pistol lem panas.

6. Papan utama dan baterai: Tempatkan baterai Li-ion di sisi bawah enklosur. Baterai dapat diikat dengan pistol lem panas. Papan utama harus dibor di empat tempat untuk 4 sekrup di setiap sudut papan utama. Pastikan input mini-USB Arduino sedekat mungkin dengan batas enklosur (Kita harus menggunakannya untuk keperluan pengisian daya dan pemrograman).

7. Mini-USB: potong area yang diinginkan untuk micro-USB Arduino Nano dengan file penggilingan, sehingga memungkinkan untuk menghubungkan catu daya eksternal/PC ke perangkat saat dirakit sepenuhnya.

8. Final: Hubungkan semua konektor JST, pasang kedua bagian enklosur dengan empat sekrup 8mm di setiap sudut enklosur.

Langkah 6: Kode Arduino

Kode terlampir adalah kode perangkat lengkap yang diperlukan untuk pengoperasian perangkat yang lengkap. Semua penjelasan yang diperlukan terlampir di bagian komentar di dalam kode.

Langkah 7: Pengujian Akhir

Kami memiliki perangkat kami siap untuk digunakan. Konektor mini-USB berfungsi baik sebagai input programmer dan input pengisi daya eksternal, sehingga perangkat dapat diprogram saat sudah dirakit sepenuhnya.

Harapan, Anda akan menemukan instruksi ini berguna, Terima kasih sudah membaca!;)