Trình tạo chức năng di động trên Arduino: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bộ tạo chức năng là một công cụ rất hữu ích, đặc biệt là khi chúng tôi đang xem xét kiểm tra phản ứng của mạch đối với một tín hiệu nhất định. Trong phần hướng dẫn này, tôi sẽ mô tả trình tự xây dựng của trình tạo hàm nhỏ, dễ sử dụng, di động.

Đặc điểm của dự án:

• Điều khiển kỹ thuật số hoàn toàn: Không cần các thành phần tương tự thụ động.
• Thiết kế mô-đun: Mọi mạch phụ là một mô-đun dễ sử dụng được xác định trước.
• Tần số đầu ra: Phạm vi khả dụng từ 0Hz đến 10MHz.
• Điều khiển đơn giản: Bộ mã hóa vòng quay đơn với nút nhấn tích hợp.
• Pin Li-ion để sử dụng di động, có khả năng sạc bên ngoài.
• Khớp nối AC và DC cho dạng sóng đầu ra.
• Điều khiển độ sáng màn hình LCD để giảm tiêu thụ năng lượng.
• Chỉ báo sạc pin.
• Điều khiển biên độ kỹ thuật số.
• Ba dạng sóng có sẵn: Hình sin, hình tam giác và hình vuông.

Bước 1: Ý tưởng

Có rất nhiều mạch yêu cầu một số thiết bị kiểm tra để có được thông tin về phản ứng của mạch đối với một dạng sóng nhất định. Dự án này dựa trên Arduino (trong trường hợp này là Arduino Nano), với pin Lithium-Ion 3.7V làm nguồn điện, do đó làm cho thiết bị di động. Được biết, bo mạch Arduino Nano yêu cầu nguồn điện 5V, vì vậy thiết kế điện tử có chứa bộ chuyển đổi DC-DC giúp chuyển đổi điện áp pin 3.7V thành 5V cần thiết để cấp nguồn cho Arduino. Do đó, dự án này rất dễ xây dựng, hoàn toàn theo mô-đun, với sơ đồ tương đối đơn giản.

Cấp nguồn cho bo mạch: Thiết bị có một đầu nối mini-USB duy nhất nhận 5V từ nguồn điện bên ngoài, có thể là PC hoặc bộ sạc USB bên ngoài. Mạch được thiết kế theo cách mà khi nguồn 5V DC được kết nối, pin Li-ion đang được sạc bằng mô-đun bộ sạc TP4056 được gắn vào mạch nguồn (Chủ đề sẽ được mở rộng thêm trong các bước sau).

AD9833: mạch tạo chức năng tích hợp là phần trung tâm của thiết kế, được điều khiển thông qua giao diện SPI với khả năng tạo ra sóng vuông / sin / tam giác với tùy chọn điều tần. Vì AD9833 không có khả năng thay đổi biên độ tín hiệu đầu ra, tôi đã sử dụng chiết áp 8 bit kỹ thuật số làm bộ chia điện áp tại điểm cuối đầu ra của thiết bị (Sẽ được mô tả trong các bước tiếp theo).

Màn hình: là màn hình LCD 16x2 cơ bản, có lẽ là màn hình tinh thể lỏng phổ biến nhất đối với người dùng Arduino. Để giảm tiêu thụ năng lượng, có một tùy chọn để điều chỉnh đèn nền LCD thông qua tín hiệu PWM từ chân "tương tự" được xác định trước của Arduino.

Sau phần giới thiệu ngắn gọn này, chúng ta có thể tiến hành quá trình xây dựng.

Bước 2: Các bộ phận và dụng cụ

1: Bộ phận điện tử:

1.1: Các mô-đun tích hợp:

• Bo mạch Arduino Nano
• 1602A - Màn hình tinh thể lỏng chung
• CJMCU - AD9833 Mô-đun tạo chức năng
• TP4056 - Mô-đun sạc pin Li-ion
• Mô-đun che phủ DC-DC Step-Up: Bộ chuyển đổi 1.5V-3V sang 5V

1.2: Mạch tích hợp:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT rơle
• X9C104P - Chiết áp kỹ thuật số 8 bit 100KOhm
• EC11 - Bộ mã hóa quay với công tắc SPST
• 2 x 2N2222A - BJT đa năng NPN

1.3: Các bộ phận bị động và chưa được phân loại:

• 2 x 0,1uF - Tụ gốm
• 2 x 100uF - Tụ điện
• 2 x 10uF - Tụ điện
• Điện trở 3 x 10KOhm
• Điện trở 2 x 1.3KOhm
• 1 x 1N4007 diode chỉnh lưu
• 1 x SPDT Chuyển đổi công tắc

1.4: Kết nối:

• 3 x 4 chân cắm JST 2,54mm đầu nối cao độ
• 3 x 2 chân cắm JST 2,54mm đầu nối cao độ
• 1 x đầu nối RCA Receptacle

2: Bộ phận cơ khí:

• 1 x 12,5cm x 8cm x 3,2cm Vỏ nhựa
• 6 x vít kéo KA-2mm
• 4 x vít khoan KA-8mm
• 1 x Núm mã hóa (Nắp)
• Bảng nguyên mẫu 1 x 8cm x 5cm

3. Dụng cụ và phần mềm:

• Trạm hàn / bàn ủi
• Tuốc nơ vít điện
• Các tệp mài có nhiều kích cỡ
• Con dao bén
• Mũi khoan
• Các bit tuốc nơ vít
• Súng bắn keo nóng
• Cáp mini-USB
• Arduino IDE
• Thước cặp / thước kẻ

Bước 3: Giải thích sơ đồ

Để dễ hiểu hơn về sơ đồ, mô tả được chia thành các mạch phụ trong khi mọi mạch phụ có trách nhiệm đối với từng khối thiết kế:

1. Mạch Arduino Nano:

Mô-đun Arduino Nano hoạt động như một "Bộ não chính" cho thiết bị của chúng tôi. Nó điều khiển tất cả các mô-đun ngoại vi trên thiết bị, ở cả chế độ hoạt động kỹ thuật số và tương tự. Vì mô-đun này có đầu nối đầu vào mini-USB riêng nên nó sẽ được sử dụng làm đầu vào nguồn điện và đầu vào giao diện lập trình. Do đó, J1 - đầu nối mini-USB được tách ra khỏi biểu tượng sơ đồ của Arduino Nano (U4).

Có một tùy chọn để sử dụng các chân tương tự chuyên dụng (A0.. A5) làm I / O cho mục đích chung, vì vậy một số chân được sử dụng làm đầu ra kỹ thuật số, giao tiếp với LCD và lựa chọn khớp nối AC / DC của đầu ra của thiết bị. Các chân tương tự A6 và A7 là các chân đầu vào tương tự chuyên dụng và chỉ có thể được sử dụng làm đầu vào ADC, do gói TQFP ATMEGA328P của vi điều khiển Arduino Nano, như nó đã được định nghĩa trong biểu dữ liệu. Lưu ý rằng dòng điện áp của pin VBAT được gắn vào chân đầu vào tương tự A7, vì chúng ta cần lấy giá trị của nó để xác định trạng thái pin thấp của điện áp pin Li-ion.

2. Nguồn cung cấp:

Mạch cung cấp năng lượng dựa trên việc cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị thông qua pin Li-ion 3.7V được chuyển đổi thành 5V. SW1 là công tắc bật tắt SPST điều khiển dòng điện trên toàn mạch. Như có thể thấy từ sơ đồ, khi nguồn điện bên ngoài được kết nối qua đầu nối micro-USB của mô-đun Arduino Nano, pin sẽ được sạc qua mô-đun TP4056. Đảm bảo rằng có các tụ điện bỏ qua một số giá trị trên mạch, vì có nhiễu chuyển đổi DC-DC trên mặt đất và điện thế 5V của toàn mạch.

3. AD9833 và đầu ra:

Mạch phụ này cung cấp dạng sóng đầu ra thích hợp, được xác định bởi mô-đun AD9833 (U1). Vì chỉ có nguồn điện duy nhất trên thiết bị (5V), cần phải gắn mạch chọn khớp nối vào tầng đầu ra. Tụ C1 được kết nối nối tiếp với giai đoạn lựa chọn biên độ và có thể được làm im lặng thông qua dẫn động dòng điện trên cuộn cảm rơle, do đó làm cho tín hiệu đầu ra được truy tìm thẳng đến giai đoạn đầu ra. C1 có giá trị 10uF, đủ để dạng sóng ngay cả ở tần số thấp đi qua tụ điện mà không bị méo, chỉ bị ảnh hưởng bởi việc loại bỏ DC. Q1 được sử dụng như công tắc BJT đơn giản được sử dụng để điều khiển dòng điện qua cuộn cảm của rơle. Đảm bảo rằng diode được kết nối phân bổ ngược lại với cuộn cảm của rơ le, để tránh tăng đột biến điện áp có thể làm hỏng mạch thiết bị.

Giai đoạn cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là lựa chọn biên độ. U6 là IC chiết áp kỹ thuật số 8 bit, hoạt động như bộ chia điện áp cho dạng sóng đầu ra nhất định. X9C104P là chiết áp kỹ thuật số 100KOhm với khả năng điều chỉnh vị trí gạt nước rất đơn giản: đầu vào kỹ thuật số 3 chân để điều chỉnh vị trí gạt nước tăng / giảm.

4. LCD:

Màn hình tinh thể lỏng 16x2 là giao diện đồ họa giữa mạch điện của người dùng và thiết bị. Để giảm tiêu thụ năng lượng, chân cực âm của đèn nền LCD được kết nối với BJT Q2 được kết nối như công tắc, được điều khiển bởi tín hiệu PWM được điều khiển bởi khả năng ghi tương tự Arduino (Sẽ được mô tả trong bước mã Arduino).

5. Bộ mã hóa:

Mạch mã hóa là một giao diện điều khiển, xác định hoạt động của toàn bộ thiết bị. U9 bao gồm bộ mã hóa và một công tắc SPST, vì vậy không cần thêm các nút bổ sung vào dự án. Các chân của bộ mã hóa và công tắc phải được kéo lên bằng điện trở 10KOhm bên ngoài, nhưng nó cũng có thể được xác định thông qua mã. Nên mắc thêm các tụ 0,1uF song song với chân A và B của bộ mã hóa để tránh bị nảy trên các đường đầu vào này.

6. Đầu nối JST:

Tất cả các bộ phận bên ngoài của thiết bị đều được kết nối thông qua các đầu nối JST, do đó, việc lắp ráp thiết bị trở nên thuận tiện hơn nhiều, với một tính năng bổ sung là giảm chỗ cho sai sót trong quá trình xây dựng. Ánh xạ các trình kết nối được thực hiện theo cách này:

• J3, J4: LCD
• J5: Bộ mã hóa
• J6: Pin
• J7: Công tắc bật tắt SPST
• J8: Đầu nối đầu ra RCA

Bước 4: Hàn

Do thiết kế mô-đun của dự án này, bước hàn trở nên đơn giản:

A. Hàn bo mạch chính:

1. Trước hết, cần phải cắt bảng nguyên mẫu theo kích thước của kích thước bao vây mong muốn.

2. Hàn mô-đun Arduino Nano và kiểm tra hoạt động ban đầu của nó.

3. Hàn mạch cung cấp điện và kiểm tra tất cả các giá trị điện áp phù hợp với yêu cầu của thiết bị.

4. Hàn mô-đun AD9833 với tất cả các mạch ngoại vi.

5. Hàn tất cả các đầu nối JST.

B. Các thành phần bên ngoài:

1. Hàn các dây đầu nối JST đực 'vào các chân LCD theo thứ tự CHÍNH XÁC như đã được lên kế hoạch trên bo mạch chính.

2. Hàn dây JST Male connector 'vào bộ mã hóa tương tự như bước trước

3. Công tắc chuyển đổi hàn sang dây JST.

4. Hàn dây JST vào pin (Nếu cần. Một số pin Li-ion có sẵn trên eBay được hàn sẵn với đầu nối JST của riêng chúng).

Bước 5: Bao vây và lắp ráp

Sau khi hoàn tất quá trình hàn, chúng ta có thể tiến hành trình tự lắp ráp thiết bị:

1. Suy nghĩ về vị trí đặt các bộ phận bên ngoài của thiết bị: Trong trường hợp của tôi, tôi ưu tiên đặt bộ mã hóa bên dưới màn hình LCD, khi công tắc bật tắt và đầu nối RCA được đặt trên các mặt riêng biệt của hộp bao vây.

2. Chuẩn bị khung LCD: Quyết định vị trí của LCD trên thiết bị, đảm bảo rằng nó sẽ được đặt đúng hướng, tôi đã xảy ra vài lần rằng sau khi tôi hoàn thành tất cả quá trình cắt, LCD đã bị đảo ngược theo chiều dọc, nói về điều đó. là buồn, vì cần phải sắp xếp lại khung hình LCD.

Sau khi khung được chọn, hãy khoan nhiều lỗ trên chu vi của toàn bộ khung. Loại bỏ tất cả các vết cắt nhựa không mong muốn bằng giũa mài.

Chèn màn hình LCD từ bên trong và định vị các điểm vít trên vỏ. Khoan lỗ bằng mũi khoan có đường kính thích hợp. Chèn các vít đã kéo và vặn chặt các đai ốc ở mặt trong của bảng điều khiển phía trước.

3. Bộ mã hóa: chỉ có một phần quay duy nhất trên bao bì. Khoan khu vực theo đường kính phần đính kèm quay của bộ mã hóa. Chèn từ bên trong, buộc chặt bằng súng bắn keo nóng. Đặt một nắp trên phần đính kèm quay.

4. Công tắc chuyển đổi: quyết định kích thước của công tắc bật tắt xoay, vì vậy nó có thể được kéo xuống hoặc lên một cách tự do. Nếu bạn có các điểm vít trên công tắc bật tắt, hãy khoan các khu vực thích hợp trên vỏ bọc, Nếu không, bạn có thể gắn chặt nó bằng súng bắn keo nóng.

5. Đầu nối đầu ra RCA: Khoan lỗ có đường kính thích hợp cho đầu nối đầu ra RCA ở phía bên dưới cùng của vỏ bọc. Gắn chặt nó bằng súng bắn keo nóng.

6. Bo mạch chính và pin: Đặt pin Li-ion ở phía dưới cùng của vỏ. Pin có thể được gắn chặt bằng súng bắn keo nóng. Bo mạch chính phải được khoan ở bốn vị trí cho 4 vít trên mỗi góc bo mạch chính. Đảm bảo rằng đầu vào Arduino mini-USB càng gần ranh giới của vỏ càng tốt (Chúng tôi sẽ phải sử dụng nó cho mục đích sạc và lập trình).

7. Mini-USB: cắt vùng mong muốn cho Arduino Nano micro-USB bằng một tệp mài, do đó có thể kết nối nguồn điện bên ngoài / PC với thiết bị khi nó được lắp ráp hoàn chỉnh.

8. Cuối cùng: Kết nối tất cả các đầu nối JST, gắn cả hai phần của vỏ bằng bốn vít 8mm trên mỗi góc của vỏ.

Bước 6: Mã Arduino

Mã đính kèm là mã thiết bị hoàn chỉnh cần thiết để thiết bị hoạt động hoàn chỉnh. Tất cả các giải thích cần thiết được đính kèm tại các phần bình luận bên trong mã.

Bước 7: Thử nghiệm cuối cùng

Chúng tôi có thiết bị của chúng tôi đã sẵn sàng để sử dụng. Đầu nối mini-USB hoạt động như đầu vào của lập trình viên và đầu vào của bộ sạc bên ngoài, vì vậy thiết bị có thể được lập trình khi được lắp ráp hoàn chỉnh.

Hy vọng, bạn sẽ thấy hướng dẫn này hữu ích, Cảm ơn vì đã đọc!;)