Уголок радиолюбителя
Это простой функциональный генератор с регулируемой частотой работает в диапазоне звуковых частот. Он может быть полезен для тестирования усилителей, экспериментов в области цифровой обработки сигналов и в лабораториях электроники.
Авторский прототип представлен на следующем рисунке:
Принципиальная схема функционального генератора
Схема содержит плату Ardunio Uno (Board1), ЖК-дисплей 1602 (LCD1), два потенциометра по 10 кОм (VR1, VR2) и несколько дополнительных компонентов.
Потенциометр VR1, подключенный к контакту 3 LCD1, используется для управления контрастностью LCD1. Потенциометр VR2, подключенный к выводу A0 аналогового входа платы Arduino Uno, используется для настройки периода времени выходных сигналов (частоты).
В качестве выходов использованы контакты 3, 9 и 10 платы Arduino:
- контакт 3 — для прямоугольной волны
- контакт 9 — для синусоидальной волны
- контакт 10 — для пилообразной волны
Сигналы с выводов 9 и 10 фактически являются широтно-импульсными модулированными (ШИМ) сигналами, несущими аналоговые сигналы. Необходимая форма сигнала получаются с помощью простой схемы резистивно-конденсаторного фильтра. Прямоугольный сигнал на выводе 3 снимается без фильтра.
Эти формы сигналов синтезируются с использованием функций управления прерыванием Timer0 и Compare-Match микроконтроллера Arduino (ATmega328). Таймер1 ATmega328 запрограммирован на частоту 10 кГц для генерации выходных сигналов ШИМ.
Переключатель S2, подключенный к контакту 8 платы Board1, используется для изменения частотного диапазона. В программе предусмотрено два частотных диапазона: от 30 до 250 Гц и от 250 до 2500 Гц для покрытия среднего диапазона звуковых частот. Эти сигналы от CON2 до CON4 можно просмотреть на осциллографе.
Скетч функционального генератора
#include <LiquidCrystal.h>
int ledPin = 13; // Светодиод подключен к цифровому выводу 9
int analogPin = A0; //потенциометр подключен к аналоговому выводу 3
int val = 0; // переменная для хранения прочитанного значения
//int data[32]={200,238,278,310,341,366,384,396,400,396,384,366,340,310,276,238,200,162,122,90,59,34,16,4,0,4,16,34,60,90,14,162};
int n=0;
int data[24]={125,157,188,213,233,246,250,245,233,213,188,156,125,93,63,37,17,4,0,4,17,37,63,93};
int P;
boolean k;
unsigned int freq;
//int data[32]={125, 149,174,194,213,229,240,248,250,248,240,229,213,194,173,149,125,101,76,56,37,21,10,3,0,3,10,21,38,56,76,101};
int(y)=1;
int (sig)=1;
int freq1;
LiquidCrystal lcd(12,11,13,4,5,6,7);
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // устанавливает вывод как выход
pinMode (9,OUTPUT);
pinMode (10,OUTPUT);
pinMode(11,OUTPUT);
pinMode (12,OUTPUT);
pinMode(8,INPUT_PULLUP);
pinMode(2,INPUT_PULLUP);
cli();
TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(COM1B1) ; //TIMER1 PWM MODE
TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(CS11);//8 PRESCALER
ICR1=250;//4000Hz
//установить прерывание таймер0
TCCR0A=0;
TCCR0B=0;
TCNT0=0; //инициализировать таймер0
//OCR0A=12;
//timer on,
TCCR0A|=(1<<WGM01);
// установить бит для предварительного делителя
// TCCR0B |= (1<<CS00)|(1<<CS01);
TCCR0B |= (1<<CS01);
//Включить прерывания от таймера
TIMSK0|=(1<<OCIE0A);
Serial.begin(115200);
lcd.begin(16,2);
//delay(1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("freqency Hz");
//delayt(300);
sei();
}
void loop(){
//int sig=1;
val = analogRead(analogPin); // прочитать входной контакт
val=val/4;
if (val<33)//35 to 240Hz
{val=35;
}
freq=8533/val;
freq1=freq;
if (digitalRead(8)!=1){
freq1=freq *10;}
if (digitalRead(2)!=1){
for (int g=1;g<freq/18;g++){
Serial.print(data[sig]/3+150);
Serial.print(" ");
Serial.print((sig)+100);
Serial.print(" ");
Serial.println((sig/16)*10+75);
}
sig=sig+1;
// delay(2);
if (sig>23)
{sig=0;
}
}
else
{
ICR1=250;
lcd.setCursor(0,2);
lcd.print(freq1);
lcd.print("Hz");
}
}
void plot()
{
//while (digitalRead(2)==1){
cli();
Serial.print(0);
Serial.print(" ");
//Serial.print(200);
Serial.print(" ");
Serial.print(data[sig]/3+300);
Serial.print(" ");
Serial.print((sig)+150);
Serial.print(" ");
Serial.println((sig/16)*10+50);
sig=sig+1;
delay(2);
if (sig>31)
{sig=0;
}
sei();
}
ISR(TIMER0_COMPA_vect){
//read data(n)
k=digitalRead(8);
//digitalWrite(13,k);
if (k==1)
{
OCR1A=data[n]; //sine
OCR1B=n*8;//ramp wave
if (data[n]>=125)
{
digitalWrite(3,HIGH);//square wave
}
else
{
digitalWrite(3,LOW);//square wave
}
y=y+1;
if ( y>10)
{
n=n+1;
y=1;
OCR1A=data[n];//pwm
OCR1B=n*8;//ramp wave
//digitalWrite(3,data[n]);//square wave
if (data[n]>=125)
{
digitalWrite(3,HIGH);//square wave
}
else
{
digitalWrite(3,LOW);//square wave
}
}
}
else {
OCR1A=data[n];
OCR1B=n*8;//ramp wave
digitalWrite(3,data[n]);//square wave
n=n+1;
}
//
if (n>23) {
n=0;
OCR0A=val;
}
}
Программа должна быть загружена в Ардуино с помощью программного обеспечения Arduino IDE. С USB-кабелем, подключенным между Arduino и ПК, значение частоты можно посмотреть на дисплее LCD1, а на последовательном плоттере в Arduino IDE посмотреть форму сигнала.
Переключатель S1, подключенный к контакту 2 платы Board1, используется для переключения отображения между LCD1 и последовательным плоттером в Arduino IDE. Если контакт 2 заземлен, осциллограммы (синусоидальный, квадратный и пилообразный сигнал) можно просматривать на последовательном плоттере, как на цифровом осциллографе:
Каждая форма сигнала имеет величину около 5 В. Таким образом, синусоидальная волна изменяется от 0 до 5 В и не переходит в отрицательную.
Подключения LCD1 выполняются на печатной плате с помощью 16-контактной гребенки. Резистор на 470 Ом (R1), подключенный к выводу 15, используется для подсветки LCD1. Питание для ЖК-дисплея берется с контактов 5В и Gnd платы Arduino.
USB-кабель используется для подключения Arduino к ПК или ноутбуку. После загрузки программы плату Arduino и LCD1 можно запитать от адаптера / аккумулятора напряжением 9 вольт.
Строительство и испытания
Компоновка печатной платы (см. плата своими руками) генератора частоты и расположение его компонентов показано на следующем рисунке:
После сборки схемы на печатной плате загрузите исходный код на плату Arduino. Отсоедините плату от компьютера и подключите ее к источнику питания 9 В через разъем CON1.
Вы можете просмотреть сгенерированное значение частоты на ЖК-дисплее, разомкнув переключатель S1, или проверить различные формы сигналов на последовательном плоттере, замкнув S1.
