DDS-генератор сигналов своими руками – схема

Генератор сигналов DDS

Описание опубликовано в журнале «Радио» № 8 за 2009 г., стр. 15. 17 Лабораторный генератор сигналов на DDS.

Генератор синусоидального сигнала является одним из наиболее распространенных приборов в любой измерительной лаборатории. Генераторы сигналов промышленного производства имеют большие габариты, вес и довольно высокую стоимость. С появлением микросхем прямого синтеза частоты DDS (Direct Digital Synthesizer) появилась возможность изготовить генератор синусоидальных сигналов, имеющий довольно высокие параметры при относительно простой схеме и конструкции.

Генератор позволяет плавно перестраивать частоту в диапазоне 0,1 Гц. 6 мГц с шагом 0,1 Гц. 1 мГц, амплитуда может регулироваться от 0 до 7 В. Возможно смещение выходного напряжения относительно нуля в пределах до +/- 5 В. В генераторе использована одна из самых дешевых микросхем прямого синтеза частоты – AD9832 с тактовой частотой 25 мГц. Управляющий контроллер PIC16F84 или PIC16F628. Установленная частота и период отображаются на ЖКИ индикаторе.

Принципиальная схема лабораторного генератора сигналов на DDS показана на рисунке. Выходной сигнал с микросхемы DDS генератора проходит через пассивный LC фильтр c частотой среза 10 мГц, который улучшает спектр сигнала, фильтруя высшие гармоники. Поскольку микросхема DDS работает с однополярным питанием, необходима схема сдвига уровня. Она выполнена на «ОУ с активной обратной связью» типа AD8130. Кроме сдвига уровня на этом ОУ реализован активный фильтр нижних частот второго порядка с частотой среза 10 мГц и коэффициентом передачи 2, который дополнительно подавляет высшие гармоники.

Отфильтрованный и симметричный относительно нуля сигнал с выхода ОУ подается на регулятор амплитуды – обычный переменный резистор. Применение обычного резистора, а не электронного аттенюатора обусловлено стремлением упростить и удешевить конструкцию. Да и в практической работе гораздо удобнее поворачивать ручку, а не заходить в меню, многократно нажимая кнопки. Хотя выходной ток AD8130 может достигать 40 мА, длительная работа с таким током приведет к перегреву и выходу из строя кристалла. Поэтому в схему введен дополнительный защитный резистор R26, который ограничивает выходной ток до безопасного уровня даже при длительном коротком замыкании выхода. При работе на низкоомную нагрузку этот резистор можно закоротить тумблером SA2.

Работой генератора прямого синтеза управляет микроконтроллер DD1. Индикатор HG1 – двухстрочный по 16 символов в строке на основе контроллера HD44780. В нижней строке отображается частота с точностью до 0,1 Гц. Ввод требуемого значения частоты осуществляется кнопками SB1…SB4. Можно плавно перестраивать DDS генератор в диапазоне частот 0,1 Гц. 6 мГц с любым шагом из ряда 0,1 Гц; 1 Гц; 10 Гц;. 1 мГц. В верхнюю строку индикатора выводится период в микросекундах для частот менее 300 Гц или в наносекундах для частот более 300 Гц.

Программа работает следующим образом. Вначале, исходя из введенной частоты, рассчитываются значения коэффициентов, загружаемых в DDS синтезатор. Затем по этому значению производится расчет периода генерируемой частоты. Результат, особенно на частотах менее 10 Гц, может несколько отличаться от того, который получился бы при расчете по формуле T=1/F. Это связано с тем, что частота в DDS синтезаторе может быть установлена не любая, а только с шагом FMCLK/2^32. Для тактовой частоты 25 мГц это около 0,006 Гц. Вопреки широко распространенному мнению о примитивности и несовершенстве системы команд PIC контроллеров двух килобайт внутренней памяти и 35 команд вполне достаточно для проведения всех расчетов без каких-либо упрощений и округлений. Поэтому точность установки частоты определяется только точностью и стабильностью тактового генератора DDS. Разработаны варианты программы для тактовой частоты 25 и 20 мГц.

Монитор питания DA1 использован не стандартно. В PIC контроллерах, в отличие от некоторых AVR, внутренняя память не склонна к искажению при медленном нарастании или снижении напряжения питания. Поэтому принимать специальные меры для внешнего сброса контроллера при включении и выключении нет необходимости. Монитор питания подключен к выводу порта RB0 и служит для подачи команды контроллеру на сохранение установленной частоты в EEPROM PIC при снижении напряжения питания ниже 4,7 В

В генераторе можно использовать как устаревший, но широко распространенный контроллер PIC16F84A, так и более новый, имеющий аналогичную цоколевку PIC16F628. Индикатор HG1 типа MT 16S2Q-2YLG производства фирмы МЭЛТ. Теоретический предел генерируемой частоты в DDS равен половине тактовой. На практике на частотах выше 1/4 тактовой начинается резкий спад амплитуды первой гармоники, который в какой-то степени можно скомпенсировать усложнением схемы фильтра. Но настройка генератора сигналов при этом резко усложняется, поэтому в данной конструкции верхняя частота принята равной 6 мГц. Однако, учитывая, что радиолюбители предпочитают реализовывать возможности своих приборов по максимуму, программно верхняя рабочая частота DDS генератора ограничена значением 11 мГц.

DDS генератор на микроконтроллере ATmega16. Часть 1. Схемотехническое решение

В первой части статьи рассматривается схемотехническое решение, устройство и конструкция DDS генератора (генератор с прямым цифровым синтезом формы сигнала) на микроконтроллере Atmel ATmega16. В приборе, кроме синтеза сигнала различной формы и частоты, реализуется возможность регулировки амплитуды и смещения выходного сигнала.

Основные характеристики прибора:

  • простое схемотехническое решение, доступные компоненты;
  • односторонняя печатная плата;
  • сетевой источник питания;
  • специализированный выход частоты от 1 МГц до 8 МГц;
  • DDS выход с регулировкой амплитуды и смещения;
  • форма выходного DDS сигнала: синусоида, прямоугольные импульсы, пилообразные импульсы, треугольные импульсы, ЭКГ, шум;
  • для отображения текущих параметров используется двухстрочный ЖК дисплей;
  • пятикнопочная клавиатура;
  • шаг перестройки частоты: 1, 10, 10, 1000, 10000 Гц;
  • восстановление последней конфигурации при включении;
  • регулировка смещения: –5 В … +5 В;
  • регулировка амплитуды: 0 … 10 В;
  • регулировка частоты: 0 … 65534 Гц.

За основу прибора, а точнее алгоритм работы микроконтроллера, была взята разработка DDS генератора Jesper Hansen. Предложенный алгоритм был немного переработан и адаптирован под компилятор WinAVR-GCC

Сигнальный генератор имеет два выхода: выход DDS сигнала и выход высокочастотного сигнала (1 – 8 МГц) прямоугольной формы, который может использоваться для «оживления» микроконтроллеров с неправильными установками Fuse-битов или для других целей.

Высокочастотный сигнал поступает непосредственно с микроконтроллера, с вывода OC1A (PD5). DDS сигнал формируется микроконтроллером с использованием цепочки резисторов R2R (ЦАП), регулировка смещения и амплитуды возможна благодаря использованию низкопотребляющего операционного усилителя LM358N.

Блок-схема DDS генератора

Как видно, для питания устройства необходимо три напряжения: +5 В, +12 В, –12 В. Напряжения +12 В и –12 В используются для аналоговой части устройства на операционном усилителе для регулировки смещения и амплитуды.

Принципиальная схема источника питания изображена на рисунке ниже.

В источнике питания используются стабилизаторы напряжения LM7812, LM7805, LM7912 (стабилизатор отрицательного напряжения –12 В).

Внешний вид источника питания для генератора

Возможно использование компьютерного блока питания форм-фактора ATX, для этого необходимо распаять переходник в соответствии со схемой:

Принципиальная схема прибора

Для сборки прибора потребуется:

  • микроконтроллер ATmega16;
  • кварцевый резонатор 16 МГц;
  • стандартный двухстрочный ЖК индикатор на базе контроллера HD44780;
  • R2R ЦАП выполненный в виде цепочки резисторов;
  • сдвоенный операционный усилитель LM358;
  • два потенциометра;
  • пять кнопок;
  • несколько коннекторов и разъемов.

Рисунок печатной платы

Примененные компоненты, за исключением микроконтроллера и разъемов, в корпусах для поверхностного монтажа (smd).

Прибор смонтированный в корпусе

Тестовый запуск

Загрузки

Принципиальная схема и печатная плата (формат Eagle) – скачать
Проект для симуляции в среде Proteus – скачать

Во второй части статьи рассмотрим алгоритм работы микроконтроллера и его основные отличия от версии, автором которой является Jesper Hansen, понакомимся с порядком работы и опциями меню. Кроме того, будут предоставлены изображения формы сигналов с DDS выхода генератора, снятых с помощью осциллографа.

Дополниельно имеется второй вариант конструкции DDS генератора на микроконтроллере ATmega16.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Генератор сигналов своими руками на Arduino

Каждый инженер, который любит поработать с электроникой, в какой-то момент времени захочет иметь собственную лабораторию. Мультиметр, осциллограф, измеритель LCR, функциональный генератор, двухрежимный источник питания и автоматический трансформатор – это минимальное оборудование для достойной лаборатории. В то время как все они могут быть приобретены, мы также можем легко собрать самостоятельно несколько приборов, таких как генератор функций и двухрежимный источник питания.

Читайте также:  Датчик и переключатель тока: схема, печатная плата

В этой статье мы узнаем, как быстро и легко мы можем создать собственный генератор сигналов с помощью Arduino. Этот генератор может создавать прямоугольный сигнал или меандр (5 В / 0 В) с частотой от 1 Гц до 2 МГц, частоту сигнала можно контролировать с помощью регулятора, а скважность (обратная рабочему циклу) жестко закодирована на 50%, но ее легко изменить в программе. Кроме того, генератор может также производить управление частотой.

Ниже приведена полная принципиальная схема этого генератора сигналов на основе Arduino. Как вы можете видеть, у нас есть Arduino Nano, который действует как мозг нашего проекта и ЖК-дисплей 16×2 для отображения значения частоты, которая в настоящее время генерируется. У нас также есть угловой кодер, который поможет нам установить частоту. Подача питания осуществляется от USB-порта самого Arduino.

Схема довольно проста; мы создаем прямоугольный сигнал на выводе D9, который может быть использован как таковой, частота этого прямоугольного сигнала контролируется поворотным кодером. Затем, чтобы получить синусоидальную волну, мы получаем сигнал SPWM (синусоидальная ШИМ) на выводе D5, частота этого сигнала должна быть связана с частотой PWM (ШИМ), поэтому мы заводим этот сигнал ШИМ на контакт D2, чтобы он действовал как прерывание, а затем используем ISR для управления частотой.

Люди, которые используют Arduino, могут быть знакомы с тем, что Arduino может генерировать сигналы ШИМ, просто используя функцию аналоговой записи. Но эта функция ограничивается только контролем рабочего цикла сигнала ШИМ, а не частоты сигнала. Но для генератора сигналов нам нужен сигнал ШИМ, частота которого может контролироваться. Это можно сделать, непосредственно управляя таймерами Arduino и переключая на него контакт GPIO. Но есть некоторые готовые библиотеки, которые делают то же самое и могут использоваться как таковые. Библиотека, которую мы используем, является библиотекой настройки частоты Arduino PWM Frequency Library (https://code.google.com/archive/p/arduino-pwm-frequency-library/downloads).

Есть и некоторые недостатки в этой библиотеке, потому что библиотека изменяет настройки Timer 1 и Timer 2 по умолчанию в Arduino. Следовательно, вы больше не сможете использовать серво-библиотеку или любую другую библиотеку, связанную с таймером. Также функция аналоговой записи на контактах 9,10,11 и 13 использует таймер 1 и таймер 2, поэтому вы не сможете создавать SPWM на этих контактах.

Преимущество этой библиотеки в том, что она не мешает таймеру 0 вашего Arduino, который более важен, чем таймер 1 и таймер 2. Из-за этого вы можете без проблем использовать функцию задержки и функцию millis(). Также контакты 5 и 6 управляются таймером 0, поэтому у нас не будет проблем с использованием аналоговой записи или управления сервомотором на этих контактах.

Поскольку мы знаем, что микроконтроллеры – это цифровые устройства, и они не могут генерировать синусоидальную волну простым кодированием. Но есть два популярных способа получения синусоидальной волны от микроконтроллера – это использование ЦАП и создание синусоидального ШИМ сигнала (SPWM). К сожалению, платы Arduino (кроме Due) не поставляются со встроенным ЦАП для создания синусоидальной волны, но вы всегда можете создать свой собственный ЦАП, используя простой метод R2R, а затем использовать его для создания приличной синусоидальной волны. Но для уменьшения аппаратной работы лучше использовать более оптимальный метод создания сигнала SPWM и затем преобразовать его в синусоидальную волну.

Сигнал SPWM очень похож на PWM, но для него рабочий цикл управляется таким образом, чтобы получить среднее напряжение, подобное напряжению синусоидальной волны. Например, при 100%-ном рабочем цикле среднее выходное напряжение будет 5 В, а для 25% мы будем иметь 1,25 В, таким образом, управляя рабочим циклом, мы можем получить предварительно определенное переменное среднее напряжение, которое является ничем иным, как синусоидальной волной. Этот метод обычно используется в инверторах.

В приведенном выше изображении синим сигналом является сигнал SPWM. Обратите внимание, что рабочий цикл волны изменяется от 0% до 100%, а затем обратно до 0%. График строится в диапазоне напряжения от -1,0 до + 1,0 В, но в нашем случае, поскольку мы используем Arduino, масштаб будет составлять от 0 до 5 В.

Преобразование SPWM в синусоидальную волну требует наличие H-мостовой схемы, которая состоит из минимум 4 коммутаторов питания. Мы не будем углубляться в его принцип работы, поскольку мы не используем его здесь. Эти схемы H-мостов обычно используются в инверторах. Они используют два сигнала SPWM, где один сдвинут по фазе от другого, и оба сигнала применяются к переключателям питания в H-мосте, чтобы включить и выключить диагональные противоположные ключи в одно и то же время. Таким образом, мы можем получить волновую форму, которая похожа на синусоидальную волну, но она будет зашумленная. Чтобы получить чистый результат, мы должны использовать фильтр, подобный фильтру нижних частот, который состоит из катушки индуктивности и конденсатора.

Однако в нашей схеме мы не будем обеспечивать на выходе столь чистый синусоидальный сигнал, поэтому обойдемся простым RC-фильтром. Вы также можете попробовать LC-фильтр для получения лучших результатов, но здесь мы выберем RC для простоты. Значение резистора составляет 620 Ом, а конденсатор – 10 мкФ. На приведенном выше рисунке показан сигнал SPWM (желтый) с вывода 5 и синусоида (синий), который был получен после прохождения через RC-фильтр.

Ниже приведен код программы для создания генератора сигналов на основе Arduino. Он довольно прост и содержит комментарии, но перед компиляцией убедитесь, что вы добавили библиотеку Arduino PWM Frequency Library, иначе вы получите ошибку во время компиляции.

Соберите свое оборудование по схеме и загрузите код. Теперь вы готовы проверить свой проект. Было бы намного проще, если у вас есть осциллограф, но вы также можете проверить его с помощью светодиода.

Подключите щуп к выводу квадратного сигнала и выводу синусоидального сигнала. Используйте два светодиода на этих двух контактах, если у вас нет осциллографа. Включите схему, и вас поприветствует вводное сообщение на ЖК-дисплее. Затем поверните вал энкодера и установите требуемую частоту, чтобы вы могли наблюдать прямоугольную волну и синусоидальную волну, как показано ниже. Если вы используете светодиод, вы должны заметить, что светодиод мигает с разными интервалами в зависимости от частоты, которую вы установили.

Функциональный DDS генератор

Данный DDS функциональный генератор (версия 2.0) сигналов собран на микроконтроллере AVR, обладает хорошей функциональностью, имеет амплитудный контроль, а также собран на односторонней печатной плате.

Данный генератор базируется на алгоритме DDS-генератора Jesper, программа была модернизирована под AVR-GCC C с вставками кода на ассемблере. Генератор имеет два выходных сигнала: первый – DDS сигналы, второй – высокоскоростной (1..8МГц) “прямоугольный” выход, который может использоваться для оживления МК с неправильными фузами и для других целей.
Высокоскоростной сигнал HS (High Speed) берется напрямую с микроконтроллера Atmega16 OC1A (PD5).
DDS-сигналы формируются с других выходов МК через резистивную R2R-матрицу и через микросхему LM358N, которая позволяет осуществить регулировку амплитуды (Amplitude) сигнала и смещение (Offset). Смещение и амплитуда регулируются при помощи двух потенциометров. Смещение может регулироваться в диапазоне +5В..-5В, а амплитуда 0. 10В. Частота DDS-сигналов может регулироваться в пределах 0. 65534 Гц, это более чем достаточно для тестирования аудио-схем и других радиолюбительских задач.

Основные характеристики DDS-генератора V2.0:
– простая схема с распространенными и недорогими радиоэлементами;
– односторонняя печатная плата;
– встроенный блок питания;
– отдельный высокоскоростной выход (HS) до 8МГц;
– DDS-сигналы с изменяемой амплитудой и смещением;
– DDS-сигналы: синус, прямоугольник, пила и реверсивная пила, треугольник, ЭКГ-сигнал и сигнал шума;
– 2×16 LCD экран;
– интуитивная 5-ти кнопочная клавиатура;
– шаги для регулировки частоты: 1, 10, 100, 1000, 10000 Гц;
– запоминание последнего состояния после включения питания.

На представленной ниже блок-схеме, приведена логическая структура функционального генератора:

Как вы можете видеть, устройство требует наличие нескольких питающих напряжений: +5В, -12В, +12В. Напряжения +12В и -12В используются для регулирования амплитуды сигнала и смещения. Блок питания сконструирован с использованием трансформатора и нескольких микросхем стабилизаторов напряжения:

Читайте также:  Схемы цифровых мультиметров DT830, DT 838 и M932

Блок питания собран на отдельной плате:

Если самому собирать блок питания нет желания, то можно использовать обычный ATX блок питания от компьютера, где уже присутствуют все необходимые напряжения. Разводка ATX разъема.

LCD-экран

Все действия отображаются через LCD-экранчик. Управление генератором осуществляется пятью клавишами

Клавиши вверх/вниз используются для перемещения по меню, клавиши влево/вправо для изменения значения частоты. Когда центральная клавиша нажата – начинается генерирование выбранного сигнала. Повторное нажатие клавиши останавливает генератор.

Система меню генератора:

Для установки шага изменения частоты предусмотрено отдельное значение. Это удобно, если вам необходимо менять частоту в широких пределах.

Генератор шума не имеет каких-либо настроек. Для него используется обычная функция rand() непрерывно подающиеся на выход DDS-генератора.

Высокоскоростной выход HS имеет 4 режима частоты: 1, 2, 4 и 8 МГц.

Принципиальная схема

Схема функционального генератора простая и содержит легкодоступные элементы:
– микроконтроллер AVR Atmega16, с внешним кварцем на 16 МГц;
– стандартный HD44780-типа LCD-экранчик 2×16;
– R2R-матрица ЦАП из обычных резисторов;
– операционный усилитель LM358N (отечественный аналог КР1040УД1);
– два потенциометра;
– пять клавиш;
– несколько разъемов.

Плата:

Функциональный генератор собран в пластиковом боксе:

Тестовый запуск:

Программное обеспечение

Как я уже говорил выше, в основе своей программы я использовал алгоритм DDS-генератора Jesper. Я добавил несколько строчек кода на ассемблере для реализации останова генерирования. Теперь алгоритм содержит 10 ЦПУ циклов, вместо 9.

Цифровой генератор от 1Hz до 40 МНz, это просто.

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

DDS синтезатор на AD9850, привлекает радиолюбителей своей простотой и возможностями.

Обычно цифровые генераторы частоты, в которых требуемое значение частоты устанавливают с помощью клавиатуры, как правило, выполнены на микроконтроллере, диапазон генерируемых частот ограничен несколькими мегагерцами, а получение точного значения частоты в широких пределах затруднительно. Описываемый в статье генератор тоже содержит микроконтроллер, но использован он только для управления специализированной микросхемой — синтезатором частоты AD9850 . Применение этой микросхемы позволило расширить диапазон генерируемых частот от 0Hz до 40 МНz, в пределах которого можно получить любое значение частоты с точностью 1Hz.

Структурная схема синтезатора AD9850 изображена на рис. 1. Его основа — аккумулятор фазы, формирующий код мгновенной фазы выходного сигнала. Этот код преобразуется в цифровое значение синусоидального сигнала, который с помощью ЦАП превращается в аналоговый и подвергается фильтрации. Компаратор позволяет получить выходной сигнал прямоугольной формы. Его частота fout (в герцах) определяется формулой

Fout — выходная частота, Hz ;

Fin — тактовая частота, Hz ;

∆ – 32-битное значение кода частоты.

Мак­симальное значение Fout не может превосходить половины тактовой частоты.

Основные технические характеристики AD9850 (при напряжении питания ).

2 выходных сигнала

Частота тактового генератора, МНz: 1…125

Максимальный потребляемый ток (при fin=125 МГц), мА 95

Число разрядов ЦАП 10

Максимальный выходной ток ЦАП (при Rset=3,9 кОм), мА 10,24

Максимальная интегральная нелинейность ЦАП, МЗР 1

Компаратор имеет подстройку, переменным резистором R13.

Напряжение на выходе компаратора, В:

минимальное высокого уровня 4,8

максимальное низкого уровня 0,4

Для загрузки данных в микросхеме AD9850 предусмотрены параллельный и последовательный интерфейсы.

В последнем случае данные (слово длиной 40 бит) вводят через ее вход DАТА.

Каждый бит данных сопровождают импульсом положительной полярности на входе синхронизации W_CLK.

После загрузки управляющего слова по импульсу положительной полярности на входе F U _ U D происходит замена параметров генерации новыми..

Принципиальная схема управления генератором изображена на рис. 2.

Управляет синтезатором DD2 микроконтроллер DD1.

Управление происходит с помощью энкодера Sk1 с кнопкой Кн0, и дополнительных кнопок Кн1Кн6.

Вращая ручку энкодера вправо или влево, производим изменение частоты на экране ЖКИ прибора, и одновременно получаем это же значение частоты в виде прямоугольника и синуса на выходе схемы.

Кн0 * задает шаг установки частоты с помощью энкодера Sk1 (1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz, выбор значений по «кольцу» , данный режим работы кнопки Кн0 * актуален только в версии программы 1.0).

Значение выходной частоты выставляется с точностью порядка 1Hz, что достаточно для большинства случаев.

Кнопки Кн1Кн6, это кнопки быстрого доступа, с их помощью можно устанавливать определенную частоту генератора одним нажатием кнопки.

Каждая кнопка Кн1Кн6, это есть ячейка с памятью.

В них прописывается значение частоты следующим образом: сначала устанавливаем нужную нам частоту на экране ЖКИ с помощью энкодера Sk1,

нажимаем и длительно удерживаем Кн0 , на экране появится надпись «record» , не отпуская Кн0, нажимаем любую кнопку Кн1 – Кн6 нужной нам ячейки, на экране это будет отражено надписью «is made», запись в ячейку произведена.

Введенные в ячейки значения частоты сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера.

А так же еще следует знать, что при старте МК всегда считывается установка частоты с ячейки Кн1.

А значение, записанное в ячейке кнопки Кн6, управляет выходом РD7(13 ножка МК), которое в свою очередь по цепочке D1 R1 отключает генерацию прямоугольного сигнала генератора AD9850.

К сожалению, DDS выдаёт побочные сигналы, уровень которых зависит от тактовой и выходной частот (при частоте более 5MHz (или любое значение частоты, внесенное в ячейку Кн6) по цепочке D1 R1 можно с МК подать лог . 1 , при этом не будут, вносится искажения в синусоидальный сигнал генератора, это в случае если это требуется пользователю прибора, в противном случае цепочку из деталей D1 R1 не устанавливать).

FUSE:

Программа написана для работы МК на тактовой частоте 8 МГц. МК тактируется от внутреннего RS осциллятора.

Примеры работы генератора, в фотографиях.

Небольшое видео, работы программы управления и генератора, в разных режимах управления частотой.

Радиолюбитель

Последние комментарии

  • Yota на Паяльная станция своими руками
  • Александр на Простой преобразователь напряжения 1,5 – 9 вольт
  • Алексей на Дневные ходовые огни из фар дальнего света на микроконтроллере PIC12F629
  • Roman на Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003
  • Сергей на КВ и УКВ: любительская радиосвязь

Радиодетали – почтой

Генератор сигналов: функциональный генератор своими руками

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, 3,672 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:

Читайте также:  Светодиодный стробоскоп своими руками - схема

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, 5,444 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.

Ссылка на основную публикацию