Функция генератору: 12 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Бул көрсөтмө MAX038 Maxims аналогдук интегралдык схемасына негизделген функция генераторунун дизайнын сүрөттөйт

Функция генератору - электроника үчүн абдан пайдалуу курал. Бул резонанстык схемаларды тууралоо, аудио жана видео жабдууларды текшерүү, аналогдук чыпкаларды долбоорлоо жана башка көптөгөн башка максаттар үчүн керек.

Бүгүнкү күндө функция генераторлорунун эки негизги түрү бар; санариптик, (DSP негизделген, DDS…), алар барган сайын көбүрөөк колдонулат жана аналогдору, келип чыгышы.

Эки түрдүн тең артыкчылыктары жана кемчиликтери бар. Санарип генераторлор өтө туруктуу жыштыкта сигналдарды чыгара алат, бирок аларда абдан таза синус сигналдарын чыгаруу менен көйгөйлөр бар (аналогдук үчүн бул көйгөй эмес). Ошондой эле DDS ыкмасына негизделген негизинен жайылган функция генераторлору анча чоң эмес жыштык генерациясынын диапазонуна ээ.

Көп убакыттан бери мен генератордун эки түрүнүн (аналогдук жана санариптик) кээ бир артыкчылыктарын кандайдыр бир жол менен айкалыштыра турган пайдалуу функция генераторун иштеп чыгууну кааладым. Мен дизайнды Maxim чип MAX038ге негиздөөнү чечтим*

* Эскертүү - бул чипти мындан ары Максим өндүрбөйт жана сатпайт. Бул эскирген. Аны eBay, Aliexpress жана электрондук компоненттер үчүн башка сайттардан табууга болот.

Башка аналогдук функция генераторунун чиптери дагы бар (Exarдан XR2206, Intersilден icl8038), бирок менде болгон

бир MAX038 бар, мен аны колдондум. Функция генераторунун санарип өзгөчөлүктөрү бир Atmega328 чипи тарабынан аткарылган. Анын функциялары төмөнкүлөр:

• жыштык диапазонун тандоону көзөмөлдөйт
• сигналдын түрүн көзөмөлдөйт (синус, тик бурчтуу, үч бурчтуу, араа тиш)
• сигналдын амплитудасын өлчөйт
• DC жылышын өлчөйт
• сигналдын жыштыгын өлчөйт
• синус сигналынын THD аудио диапазонунда өлчөйт (бул дагы аткарылышы керек)
• бул маалыматтын баарын 16x2 ЖК дисплейде көрсөтөт.

1 -кадам: MAX038 Description

Мен MAX038 маалымат барагын тиркеп койдум. Чиптин эң маанилүү параметрлерин көрүүгө болот:

♦ 0.1 Гцтен 20 МГцке чейин Иштөө жыштыгы диапазону

♦ Triangle, Sawtooth, Sine, Square жана Pulse толкун формалары

♦ Көз карандысыз жыштыгы жана милдети-цикл тууралоо

♦ 350дөн 1ге чейин Frequency Sweep Range

♦ 15% дан 85% га чейин Variable Duty Cycle

♦ Төмөн-импеданс чыгаруу буфери: 0.1Ω

♦ Төмөн 200ppm/° C Температура Дрейф

Дагы бир маанилүү талап - кош камсыздоонун зарылдыгы (± 5V). Чыгуу амплитудасы бекитилген (~ 2 VP-P 0 V DC жылышы менен).

Маалыматтар барагынын 8-бетинде чиптин блок-схемасын көрүүгө болот. 11 -бетте синус толкунунун сигналын чыгаруу үчүн колдонула турган эң жөнөкөй схеманы көрүүгө болот. Бул схема функция генераторунун дизайны үчүн негиз катары алынган.

2 -кадам: Район …

Сүрөттө функциянын генераторунун схемасы келтирилген. Мен бул сүрөттү мүмкүн болушунча жогорку чечилиште кылдым. Схемалар абдан татаал көрүнөт жана жакшыраак түшүнүү үчүн анын негизги бөлүктөрүн өзүнчө түшүндүрүп берем. Көптөгөн окурмандар мени өтө эле ашыкча деп күнөөлөшү мүмкүн. Бул чындык. Башында анын ичинде эки MAX038 чипи бар экенин көрө аласыз. Себеби, PCB SO жана DIP пакеттеринин эки түрүн тең колдойт. Кыскартууну кээ бир функцияларда да көрүүгө болот -

1) LEDлер учурдагы активдүү жыштык диапазонун көрсөтөт, бирок ал ЖКда да көрсөтүлөт;

2) Светодиоддор сигналдын түрүн көрсөтүү үчүн дагы колдонулат, бирок ЖК бул маалыматты көрсөтөт

Дизайн колдонуучуга көбүрөөк ийкемдүүлүк берүү үчүн ушундай жол менен жасалат - каалоосу боюнча ал ЖКны колдоно алган жок, же жөн эле Светодиоддордун ширетүүсүн өткөрүп жибериши мүмкүн. Мен аларды дизайн стадиясында функционалдуулукту оңдоо үчүн ширеттим.

Опамдарды көп колдонгонумду да байкоого болот. Алардын айрымдарын көйгөйлөрсүз калтырууга болот - айрыкча буферлер. Азыркы учурда опамптар өзүлөрү тарабынан чоң резервди сунушташат - бир пакетте сиз 2, 4 ал тургай 8 өзүнчө күчөткүчтү таба аласыз жана бул салыштырмалуу арзан баада. Эмне үчүн аларды колдонууга болбойт?

Фильтрлөөчү конденсаторлор да ашыкча - колдонулган ар бир аналогдук чиптин өзүнүн конденсатор банкы бар (тантал + керамикалык конденсаторлор эки жабдык үчүн). Алардын айрымдарын да жокко чыгарса болот.

3 -кадам: Райондук түшүндүрмө - Электр менен камсыздоо (1)

Мен айткандай, бул генератор кош камсыздоону талап кылат. Оң чыңалуу 7805 линиялык чыңалуу жөндөгүчүнүн жардамы менен түзүлөт. Терс камсыздоо 7905 чип тарабынан өндүрүлөт. 2x6V трансформаторунун ортоңку чекити тактанын жалпы жерине туташкан. Өндүрүлгөн энергия булактары - оң жана терс жактары аналогдук жана санариптикке ажыратылат. Эки светодиод бар экенин көрсөтөт.

4 -кадам: Райондук түшүндүрмө - Frequency Range Control (2)

Чоң жыштык диапазонун жабуу үчүн бир нече конденсатордук банк колдонулат. Конденсаторлор ар кандай баалуулуктарга ээ жана алар ар кандай жыштыктагы диапазондорду аныкташат. Бул конденсаторлордун бирөө гана жумуш учурунда колдонулат - анын астыңкы плитасы MOS транзистордук которгуч менен негизделген. Негизги конденсаторлордун кайсынысы негизделиши керек, 74HC238 демультиплексордук чиптин жардамы менен Atmega328 тарабынан көзөмөлдөнөт. MOS которгучтары катары мен BSS123 транзисторлорун колдондум. Бул которгучтун негизги талабы төмөн Рон жана эң аз дренаж сыйымдуулугуна ээ болуу. Конденсатордун банкынын санариптик көзөмөлү алынып салынышы мүмкүн - ПХБда зымдарды механикалык которгуч үчүн ширетүүчү тешиктер бар.

5 -кадам: Райондук түшүндүрмө - Жыштыкты тууралоо (3)

Сүрөттө жыштык жана кызмат циклинин башкаруу цикли көрсөтүлгөн. Ал жерде мен LM358 стандарттуу опампын колдондум (бир пакетте кош күчөткүч). Мен дагы кош 10K потенциометрди колдондум.

MAX038 чипи 2,5 В ички чыңалуу шилтемесин жаратат, ал адатта бардык өзгөртүүлөр үчүн маалымдама катары колдонулат.

Бул чыңалуу IC8a инверттик киришинде колдонулат жана DADJ үчүн колдонулган терс чыңалуу шилтемесин пайда кылат (милдет циклинин жөнгө салынышы). Эки чыңалуу DADJ үчүн потенциометрде колдонулат, ал ортоңку кран буферленген жана MAX038 чипинин DADJ пинине колдонулат. JP5 секиргичи жерге туташканда DADJ функциясын өчүрүү үчүн колдонулушу мүмкүн. "Курстун" жыштыгын көзөмөлдөө MAX038 "IIN" төөнөгүчүнүн учурдагы баткан / булагын өзгөртүү аркылуу даярдалат. Бул ток R41 каршылыгы менен аныкталат жана опамптын чыгыш чыңалуусун көзөмөлдөө потенциометринин ортоңку кранын буферлейт. Мунун баары REF жана IIN MAX038 төөнөгүчтөрүнүн ортосундагы бир потенциометрге (реостат байланышында) алмаштырылышы мүмкүн.

6 -кадам: Райондук түшүндүрмө - Амплитуда көзөмөлү, SYNC Сигналын генерациялоо … (4)

Маалыматтар барагына жазылгандай, pf MAX038 чыгуу сигналы ~ 1 В амплитудасына ээ, DC потенциалына барабар.

Мен сигналдын амплитудасын көзөмөлдөө мүмкүнчүлүгүнө ээ болууну жана DCтин ордун өз алдынча аныктоону кааладым. Кошумча өзгөчөлүк катары мен SYNC сигналын CMOS деңгээлдери менен параллелдүү болгум келген. Демейки боюнча MAX038 чипи мындай сигналды жаратат, бирок маалымат баракчасында мен бул функция иштетилсе (5Вга туташкан DV+ пин) эмнени билдирет, аналогдук сигналдын чыгышында кээ бир чокуларды (ызы -чууну) байкоого болот. ал мүмкүн болушунча таза жана ошол себептен мен SYNC сигналын сырттан түздүм. PCB DV+ пин негизги жабдууга оңой көпүрө боло тургандай кылып жасалат. SYNC пин BNC туташтыргычына багытталат - болгону 50 Ом резисторун ширетүү керек. Бул учурда, SYNC сигналын генерациялоо схемасы алынып салынышы мүмкүн. Көрүп тургандай, мен дагы кош потенциометрлерди колдоном, бирок алар параллелдүү түрдө туташкан эмес. Мунун себеби - мен амплитудасын салыштырмалуу түрдө өлчөйм. Бир потенциометрдин ортоңку чекитиндеги чыңалуу Atmega328 ADC тарабынан сезилет жана сигналдын амплитудасы ушул маанинин негизинде эсептелет. Албетте, бул ыкма өтө так эмес (ал дайыма боло бербеген потенциометрдин эки бөлүмүнүн дал келишине таянат), бирок бул менин колдонмолорум үчүн так жетиштүү. Бул схемада IC2A чыңалуу буфери катары иштейт. IC4A да. IC2B опампасы күчөткүч катары иштейт - бул функционалдык генератордун чыгуучу сигналын офсет чыңалуусу менен амплитудасынын жөнгө салынган негизги сигналын түзөт. Чыңалуу бөлгүч R15. R17 DC негизги сигналынын ордун өлчөө үчүн ылайыктуу чыңалуу сигналын жаратат. Бул Atmega328 ADC тарабынан сезилет. IC4B опампары компаратор катары иштейт - бул эки MOS транзистору (BSS123 жана BSS84) тарабынан ишке ашырылган SYNC муун инверторун башкарат. U6 (THS4281 - Texas Instruments) MAX038 DC тарабынан чыгарылган сигналды 2,5 В менен которот жана аны 1,5 эсе күчөтөт. Ошентип түзүлгөн сигнал AVR ADC тарабынан сезилет жана FFT алгоритми менен андан ары иштетилет. Бул бөлүктө 130 МГц өткөрүү жөндөмдүүлүгү бар опамптарды темир жолго сапаттуу темир жол менен колдондум (TI - LMH6619).

Туура түшүнүү үчүн, SYNC сигналынын генерациясы, мен LTSpice схемасынын кээ бир сүрөттөрүн кошуп жатам. Үчүнчү сүрөттө: көк сигнал - бул офсеттик чыңалуу (IC2Bдин кириши). Жашыл - амплитудасы туураланган чыгуу сигналы. Кызыл - функционалдык генератордун чыгуу сигналы, Циан ийри - SYNC сигналы.

7 -кадам: PCB Дизайн

Мен ПКБнын дизайны үчүн "Бүркүттү" колдондум. Мен ПКБны "PCBway" га заказ кылдым. Тактайларды чыгарууга төрт күн гана, аларды жеткирүүгө бир жума убакыт кетти. Алардын сапаты жогору, баасы өтө төмөн. Мен 10 PCB үчүн болгону 13 USD төлөдүм!

Мындан тышкары, мен бааны көтөрбөстөн, башка түстөгү ПХБга заказ кылсам болот. Мен сары түстөрдү тандадым:-).

Мен gerber файлдарын "PCBway" дизайн эрежелерине ылайык тиркеп жатам.

8 -кадам: ширетүү

Биринчиден, мен электр менен камсыздоо схемасынын түзмөктөрүн ширеттим..

Жеткирүү блогун текшергенден кийин, мен Atmega328 чипин анын колдоочу түзмөктөрү менен коштодум: кварц кристалы, конденсаторлор, чыпкалоочу капкактар жана ISP туташтыргычы. Көрүнүп тургандай, менде AVR чипинин камсыздоо линиясында секирүүчү бар. Мен ISP аркылуу чипти программалаганда ажыратам. Мен USBtiny программистин ошол максатта колдоном.

Кийинки кадам катары мен 74HC238 де-mux чипин, диоддун диапазонун чагылдырдым. Мен мультиплекстөөнү сынап жаткан Atmega чипине кичинекей Arduino программасын жүктөдүм. (видеону жогорудагы шилтемеден караңыз)

9 -кадам: ширетүү…

Кийинки кадам катары мен DC режиминде иштеген опампаларды (LM358) жана жыштыкты жана DADJ тууралоо потенциометрлерин кошуп, алардын бардык функцияларын текшердим.

Андан кийин мен BSS123 өчүргүчтөрүн, жыштыкты аныктоочу конденсаторлорду жана MAX039 чипин туташтырдым. Мен функционалдык генераторду жергиликтүү чип сигналынын чыгышында сигналды текшерип көрдүм. (1986-жылы чыгарылган эски советтеримди көрө аласыз, дагы эле иштеп жаткан осциллограф:-))

10 -кадам: Көбүрөөк ширетүү…

Андан кийин мен LCD дисплейдин розеткасын ширетип, "Hello world" эскизи менен сынап көрдүм.

Мен калган калган опампаларды, конденсаторлорду, потенциометрлерди жана BNC коннекторлорун ширеттим.

11 -кадам: Программалык камсыздоо

Atmega328 программасын түзүү үчүн мен Arduino IDE колдондум.

Жыштыкты өлчөө үчүн мен "FreqCounter" китепканасын колдондум. Эскиз файлы жана колдонулган китепкана жүктөп алуу үчүн жеткиликтүү. Мен учурда колдонулган режимди (синус, тик бурчтуу, үч бурчтук) көрсөтүү үчүн атайын символдорду түздүм.

Жогорудагы сүрөттө ЖКда көрсөтүлгөн маалыматты көрүүгө болот:

• Frequency F = xxxxxxxx Гц
• Жыштык диапазону Rx
• MV A амплитудасы = xxxx
• MV 0 = xxxx менен ордун толтуруу
• сигналдын түрү x

Функция генераторунун сол жагында алдыңкы эки баскыч бар - алар жыштык диапазонун өзгөртүү үчүн колдонулат (өйдө - ылдый). Алардын оң жагында режимди көзөмөлдөө үчүн слайд которгуч бар, андан кийин солдон оңго карай потенциометрди ээрчиңиз, жыштыгын (курс, жакшы, DADJ), амплитудасын жана ордун көзөмөлдөө. Офсеттин тууралоо потенциометрине жакын жерде 2,5 В туруктуу офсет менен жөндөлгөндүн ортосунда алмаштыруу үчүн колдонулган которгуч жайгаштырылган.

Мен ZIP файлындагы "Generator.ino" кодунан кичинекей ката таптым - синус жана үч бурчтук толкун формаларынын символдору алмаштырылган. Бул жерде тиркелген жалгыз "Generator.ino" файлында ката оңдолот.

12 -кадам: Бүтүрүү үчүн…

Акыркы кадам катары мен кошумча мүмкүнчүлүктү - FFT аркылуу реалдуу убакытта синус сигналынын THDин өлчөөнү ишке ашырууну көздөп жатам. Бул талап кылынат, анткени синус сигналынын иштөө цикли 50%дан айырмаланышы мүмкүн, ички чиптин дал келбестиги жана башка себептерден улам келип чыгышы мүмкүн жана гармоникалык бурмалоолорду жаратышы мүмкүн. Кызмат циклин потенциометр менен жөнгө салса болот, бирок осциллографта же спектр анализаторунда сигналды байкабай туруп, анын формасын кесүү мүмкүн эмес. FFT алгоритминин негизинде THDди эсептөө маселени чечиши мүмкүн. THD эсептөөлөрүнүн натыйжасы ЖКда оң жактагы бош жерде көрсөтүлөт.

Видеодо MAX038 синус сигналы тарабынан түзүлгөн спектрди көрүүгө болот. Спектр анализатору Arduino UNO + + 2.4 TFT калканына негизделген. Спектр анализатору Анатолий Кузьменко тарабынан иштелип чыккан SpltRadex Arduino китепканасын FFTди реалдуу убакытта аткаруу үчүн колдонот.

Мен дагы эле бул китепкананы колдонууну же Musiclabs тарабынан түзүлгөн FHT китепканасын колдонууну чечкен жокмун.

Мен жыштык ченегичтерден алынган маалыматты туура тандоо терезесин эсептөө жана FFT эсептөөлөрү учурунда кошумча терезелерди колдонууну токтотуу үчүн колдонууну ниет кылам. Муну ишке ашыруу үчүн бош убактымды гана табышым керек. Жакында кандайдыр бир жыйынтыктарга жетем деп үмүттөнөм ….