Générateur de fonctions portable sur Arduino : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Le générateur de fonctions est un outil très utile, surtout lorsque nous envisageons de tester la réponse de notre circuit à un certain signal. Dans ce instructable, je vais décrire la séquence de construction du générateur de fonctions portable petit, facile à utiliser.

Caractéristiques du projet:

• Contrôle entièrement numérique: pas besoin de composants analogiques passifs.
• Conception modulaire: chaque sous-circuit est un module prédéfini facile à utiliser.
• Fréquence de sortie: Plage disponible de 0 Hz à 10 MHz.
• Commande simple: encodeur rotatif unique avec bouton poussoir intégré.
• Batterie Li-ion pour une utilisation portable, avec capacité de charge externe.
• Couplage AC et DC pour la forme d'onde de sortie.
• Contrôle de la luminosité de l'écran LCD pour réduire la consommation d'énergie.
• Indicateur de charge de la batterie.
• Contrôle d'amplitude numérique.
• Trois formes d'onde disponibles: sinus, triangle et carré.

Étape 1: L'idée

De nombreux circuits nécessitent un équipement de test afin d'obtenir des informations sur la réponse du circuit à une certaine forme d'onde. Ce projet est basé sur Arduino (Arduino Nano dans ce cas), avec une batterie Lithium-Ion de 3,7 V comme source d'alimentation, ce qui rend l'appareil portable. Il est connu que la carte Arduino Nano nécessite 5V comme alimentation, donc la conception électronique contient un convertisseur élévateur DC-DC qui convertit la tension de la batterie de 3,7V en 5V requis pour alimenter l'Arduino. Ainsi, ce projet est facile à construire, complètement modulaire, avec un schéma de principe relativement simple.

Alimentation de la carte: l'appareil dispose d'un seul connecteur mini-USB qui reçoit 5 V de l'alimentation externe, qui peut être un PC ou un chargeur USB externe. le circuit est conçu de manière à ce que lorsque la source 5 V CC est connectée, la batterie Li-ion est chargée par le module de chargeur TP4056 qui est connecté au circuit d'alimentation (le sujet sera développé davantage dans les étapes suivantes).

AD9833: le circuit générateur de fonctions intégré est un élément central de la conception, contrôlé via une interface SPI avec la possibilité de générer une onde carrée/sinusoïdale/triangulaire avec option de modulation de fréquence. Étant donné que l'AD9833 n'a pas la capacité de modifier l'amplitude du signal de sortie, j'ai utilisé un potentiomètre numérique 8 bits comme diviseur de tension au point de sortie de l'appareil (sera décrit dans les étapes suivantes).

Affichage: est l'écran LCD 16x2 de base, qui est probablement l'écran à cristaux liquides le plus populaire parmi les utilisateurs d'Arduino. Afin de réduire la consommation d'énergie, il existe une option pour régler le rétroéclairage de l'écran LCD via le signal PWM à partir de la broche "analogique" prédéfinie d'Arduino.

Après cette brève introduction, nous pouvons passer au processus de construction.

Étape 2: Pièces et instruments

1: Pièces électroniques:

1.1: Modules intégrés:

• Carte Arduino Nano
• 1602A - Afficheur générique à cristaux liquides
• CJMCU - AD9833 Module générateur de fonctions
• TP4056 - Module chargeur de batterie Li-ion
• Module de conversion DC-DC Step-Up: convertisseur 1.5V-3V à 5V

1.2: Circuits intégrés:

• SRD=05VDC - Relais SPDT 5V
• X9C104P - Potentiomètre numérique 8 bits 100KOhm
• EC11 - Encodeur rotatif avec commutateur SPST
• 2 x 2N2222A - NPN à usage général BJT

1.3: Pièces passives et non classées:

• 2 x 0.1uF -Condensateurs en céramique
• 2 x 100uF - Condensateurs électrolytiques
• 2 x 10uF - Condensateurs électrolytiques
• 3 résistances 10KOhm
• 2 résistances 1.3KOhm
• 1 x 1N4007 diode de redressement
• 1 x interrupteur à bascule SPDT

1.4: Connecteurs:

• 3 connecteurs JST 4 broches au pas de 2,54 mm
• 3 connecteurs JST à 2 broches au pas de 2,54 mm
• 1 x connecteur RCA

2: Pièces mécaniques:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm Boîtier en plastique
• 6 x vis de traction KA-2mm
• 4 vis de perçage KA-8mm
• 1 x bouton encodeur (Cap)
• 1 planche prototype de 8 cm x 5 cm

3. Instruments et logiciels:

• Station de soudage/fer
• Tournevis électrique
• Limes de meulage de nombreuses tailles
• Couteau bien aiguisé
• Forets
• Embouts de tournevis
• Pistolet à colle chaude
• Câble mini-USB
• IDE Arduino
• Pied à coulisse/règle

Étape 3: Explication des schémas

Afin de faciliter la compréhension du schéma de principe, la description est divisée en sous-circuits tandis que chaque sous-circuit a la responsabilité de chaque bloc de conception:

1. Circuit Arduino Nano:

Le module Arduino Nano agit comme un "cerveau principal" pour notre appareil. Il contrôle tous les modules périphériques de l'appareil, en mode de fonctionnement numérique et analogique. Ce module étant doté de son propre connecteur d'entrée mini-USB, il servira à la fois d'entrée d'alimentation et d'entrée d'interface de programmation. Pour cette raison, J1 - le connecteur mini-USB est détaché du symbole schématique d'Arduino Nano (U4).

Il existe une option pour utiliser des broches analogiques dédiées (A0.. A5) comme E/S à usage général, de sorte que certaines des broches sont utilisées comme sortie numérique, communiquant avec l'écran LCD et la sélection de couplage AC/DC de la sortie de l'appareil. Les broches analogiques A6 et A7 sont des broches d'entrée analogiques dédiées et ne peuvent être utilisées que comme entrées ADC, en raison du microcontrôleur Arduino Nano ATMEGA328P TQFP, tel qu'il a été défini dans la fiche technique. Notez que la ligne de tension de batterie VBAT est connectée à la broche d'entrée analogique A7, car nous devons obtenir sa valeur afin de déterminer l'état de batterie faible de la tension de batterie Li-ion.

2. Alimentation:

Le circuit d'alimentation est basé sur l'alimentation de l'ensemble de l'appareil via une batterie Li-ion 3,7 V convertie en 5 V. SW1 est un interrupteur à bascule SPST qui contrôle le flux de puissance sur l'ensemble du circuit. Comme le montrent les schémas, lorsque l'alimentation externe est connectée via le connecteur micro-USB du module Arduino Nano, la batterie est chargée via le module TP4056. Assurez-vous que des condensateurs de dérivation de plusieurs valeurs sont présents sur le circuit, car il y a un bruit de commutation du convertisseur élévateur DC-DC à la terre et des potentiels 5V de l'ensemble du circuit.

3. AD9833 et sortie:

Ce sous-circuit fournit une forme d'onde de sortie appropriée, définie par le module AD9833 (U1). Comme il n'y a qu'une seule alimentation sur l'appareil (5 V), il est nécessaire de connecter un circuit de sélection de couplage à la cascade de sortie. Le condensateur C1 est connecté en série à l'étage de sélection d'amplitude et peut être réduit au silence via le courant de commande sur l'inducteur de relais, rendant ainsi le signal de sortie tracé directement vers l'étage de sortie. C1 a une valeur de 10uF, il suffit que la forme d'onde, même des basses fréquences, traverse le condensateur sans être déformée, uniquement affectée par la suppression du courant continu. Q1 est utilisé comme simple commutateur BJT utilisé pour conduire le courant à travers l'inducteur du relais. Assurez-vous que la diode est connectée dans une affectation inverse à l'inductance du relais, afin d'éviter les pointes de tension qui peuvent endommager les circuits de l'appareil.

Le dernier étage mais non le moindre est une sélection d'amplitude. U6 est un circuit intégré de potentiomètre numérique 8 bits, qui agit comme diviseur de tension pour une forme d'onde de sortie donnée. Le X9C104P est un potentiomètre numérique de 100 KOhms avec un réglage très simple de la position de l'essuie-glace: entrées numériques à 3 broches pour le réglage de la position d'incrémentation/décrémentation de l'essuie-glace.

4. ACL:

L'affichage à cristaux liquides 16x2 est une interface graphique entre l'utilisateur et les circuits de l'appareil. Afin de réduire la consommation d'énergie, la broche cathodique du rétroéclairage LCD est connectée au Q2 BJT connecté en tant que commutateur, contrôlé par le signal PWM piloté par la capacité Arduino analogWrite (sera décrit dans l'étape de code Arduino).

5. Encodeur:

Le circuit d'encodeur est une interface de contrôle, définissant l'ensemble du fonctionnement de l'appareil. U9 se compose d'un encodeur et d'un commutateur SPST, il n'est donc pas nécessaire d'ajouter des boutons supplémentaires au projet. Les broches de l'encodeur et du commutateur doivent être tirées par des résistances externes de 10 KOhm, mais elles peuvent également être définies via un code. Il est recommandé d'ajouter des condensateurs de 0,1 uF en parallèle sur les broches A et B de l'encodeur afin d'éviter de rebondir sur ces lignes d'entrée.

6. Connecteurs JST:

Toutes les parties externes de l'appareil sont connectées via des connecteurs JST, ce qui rend l'assemblage de l'appareil beaucoup plus pratique, avec une fonctionnalité supplémentaire de réduction de la place pour les erreurs pendant le processus de construction. Le mappage des connecteurs se fait de cette façon:

• J3, J4: ACL
• J5: Encodeur
• J6: batterie
• J7: interrupteur à bascule SPST
• J8: connecteur de sortie RCA

Étape 4: Souder

En raison de la conception modulaire de ce projet, l'étape de soudure devient simple:

A. Soudure de la carte principale:

1. Tout d'abord, il est nécessaire de recadrer la carte prototype à la taille des dimensions de boîtier souhaitées.

2. Souder le module Arduino Nano et tester son fonctionnement initial.

3. Le circuit d'alimentation à souder et la vérification de toutes les valeurs de tension sont conformes aux exigences de l'appareil.

4. Module de soudure AD9833 avec tous les circuits périphériques.

5. Souder tous les connecteurs JST.

B. Composants externes:

1. Soudez les fils du connecteur mâle JST aux broches de l'écran LCD dans l'ordre EXACT tel qu'il était prévu sur la carte principale.

2. Souder les fils du connecteur mâle JST à l'encodeur de la même manière qu'à l'étape précédente

3. Souder l'interrupteur à bascule aux fils JST.

4. Souder les fils JST à la batterie (si nécessaire. Certaines des batteries Li-ion disponibles sur eBay sont pré-soudées avec leur propre connecteur JST).

Étape 5: Enceinte et assemblage

Une fois toutes les soudures terminées, nous pouvons procéder à la séquence d'assemblage de l'appareil:

1. Réfléchissez au placement des pièces externes de l'appareil: dans mon cas, j'ai préféré placer l'encodeur sous l'écran LCD, lorsque l'interrupteur à bascule et le connecteur RCA sont placés sur des côtés séparés du boîtier.

2. Préparation du cadre LCD: Décidez où l'écran LCD sera situé sur l'appareil, assurez-vous qu'il sera placé dans la bonne direction, il m'est arrivé plusieurs fois qu'après avoir terminé tout le processus de découpe, l'écran LCD était inversé verticalement, en parlant de cela est triste, car il est nécessaire de réorganiser le cadre LCD.

Une fois le cadre sélectionné, percez plusieurs trous sur le périmètre de tout le cadre. Retirez toutes les coupures de plastique indésirables avec une lime de meulage.

Insérez l'écran LCD de l'intérieur et localisez les points de vis sur le boîtier. Percez des trous avec des mèches de diamètre approprié. Insérez les vis tirées et serrez les écrous sur le côté intérieur du panneau avant.

3. Encodeur: n'a qu'une seule pièce rotative sur l'emballage. Percez la zone en fonction du diamètre de la fixation rotative de l'encodeur. Insérez-le de l'intérieur, fixez-le avec un pistolet à colle chaude. Placer un capuchon sur l'accessoire rotatif.

4. Interrupteur à bascule: décidez des dimensions de l'interrupteur à bascule, afin qu'il puisse être tiré vers le bas ou vers le haut librement. Si vous avez des points de vis sur l'interrupteur à bascule, percez les zones appropriées sur le boîtier, sinon vous pouvez le fixer avec un pistolet à colle chaude.

5. Connecteur de sortie RCA: percez un trou de diamètre approprié pour le connecteur de sortie RCA sur le côté inférieur du boîtier. Fixez-le avec le pistolet à colle chaude.

6. Carte principale et batterie: placez la batterie Li-ion sur la face inférieure du boîtier. La batterie peut être fixée avec un pistolet à colle chaude. La carte principale doit être percée à quatre endroits pour 4 vis sur chaque coin de la carte principale. Assurez-vous que l'entrée mini-USB Arduino est aussi proche que possible de la limite du boîtier (nous devrons l'utiliser à des fins de charge et de programmation).

7. Mini-USB: découpez la zone souhaitée pour Arduino Nano micro-USB avec un fichier de meulage, permettant ainsi de connecter une alimentation externe/un PC à l'appareil lorsqu'il est complètement assemblé.

8. Final: Connectez tous les connecteurs JST, fixez les deux parties du boîtier avec quatre vis de 8 mm à chaque coin du boîtier.

Étape 6: Le code Arduino

Le code joint est le code complet de l'appareil qui est nécessaire pour le fonctionnement complet de l'appareil. Toutes les explications nécessaires sont jointes dans les sections de commentaires à l'intérieur du code.

Étape 7: Tests finaux

Nous avons notre appareil prêt à être utilisé. Le connecteur mini-USB sert à la fois d'entrée de programmeur et d'entrée de chargeur externe, de sorte que l'appareil peut être programmé lorsqu'il est complètement assemblé.

J'espère que vous trouverez cette instructable utile, Merci d'avoir lu!;)