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      侵權投訴

      如何使用Arduino開發板制作函數生成器(波形發生器)

      39度創意研究所 ? 2020-10-22 13:38 ? 次閱讀

      對于喜歡偶爾鼓搗電子產品的工程師來說,他們都希望能有自己的實驗室。萬用表、鉗形表、示波器、LCR表、函數發生器、雙模電源和自動變壓器都是實驗室的基本配置。雖然所有這些都可以購買,但我們也可以輕松地自行制作,如函數發生器和雙模電源。

      在本篇文章中,我們將學習如何使用Arduino開發板快速輕松地制作自己的函數生成器。該函數發生器又稱波形發生器,可產生頻率范圍為1Hz至2MHz的方波(5V / 0V),波形頻率可通過旋鈕控制,占空比固定為50%,但在本文中也很容易改變。除此之外,波形發生器還可以通過頻率控制產生正弦波。請注意,此波形發生器不是工業級的,不能用于嚴格的測試。但除此之外,它將為所有業余愛好項目派上用場,您無需等待數周的運輸。還有什么比使用我們自己制作的設備更有趣。

      所需的材料

      ● Arduino Nano開發板

      字符圖形點陣液晶1602

      ● 旋轉編碼器

      電阻(5.6K,10K)

      電容(0.1uF)

      焊接套件

      電路原理圖

      該Arduino函數發生器的完整電路圖如下所示。正如您所看到的,我們使用Arduino Nano開發板作為項目的主控,1602 LCD顯示當前正在生成的頻率值。我們還有一個旋轉編碼器,可以幫助我們設置頻率。

      整個設備由Arduino自身的USB端口供電。我之前使用過的連接由于某些原因并沒有達到要求,我們將在本文后面討論這些原因。因此,我不得不通過改變引腳順序來接線。無論如何,你不會有任何問題,因為它全部整理好,只需仔細按照電路知道哪個引腳連接到什么。您還可以參考下表來驗證您的連接。

      Arduino引腳 連接到
      D14 連接到LCD的RS
      D15 連接到LCD的RN
      D4 連接到LCD的D4
      D3 連接到LCD的D5
      D6 連接到LCD的D6
      D7 連接到LCD的D7
      D10 連接到旋轉編碼器的2腳
      D11 連接到旋轉編碼器的3腳
      D12 連接到旋轉編碼器的4腳
      D9 輸出方波
      D2 連接到Arduino的D9
      D5 輸出SPWM然后轉換為正弦

      電路非常簡單;我們在引腳D9上產生方波,可以這樣使用,該方波的頻率由旋轉編碼器控制。然后為了獲得正弦波,我們在引腳D5上產生SPWM信號,其頻率必須與PWM頻率相關,因此我們將這個PWM信號提供給引腳D2作為中斷,然后使用ISR來控制正弦波的頻率。

      您可以在面包板上構建電路,也可以制作一個PCB。但我決定將它焊接在Perf板上以快速完成工作并使其長期可靠使用。所有連接完成后,我的電路板看起來像這樣。

      如果您想了解更多關于如何使用Arduino生成PWM和正弦波的信息,請閱讀以下段落,或者您可以直接向下滾動到編程Arduino部分。

      產生變頻方波

      使用Arduino的人可能很熟悉Arduino只需使用模擬寫入函數即可生成PWM信號。但是這個函數僅限于控制PWM信號的占空比而不是信號的頻率。但是對于波形發生器,我們需要一個可以控制頻率的PWM信號。這可以通過直接控制Arduino的定時器并根據它切換GPIO引腳來完成。但是有一些預先構建的庫可以完全相同并且可以這樣使用。我們使用的庫是Arduino PWM頻率庫。我們將在代碼部分討論有關此庫的更多信息。

      這個庫也有一些缺點,因為庫改變了Arduino中默認的Timer 1和Timer 2設置。因此,您將無法在Arduino上再使用伺服庫或任何其他與計時器相關的庫。引腳9、10、11和13上的模擬寫入函數也使用定時器1和定時器2,因此您將無法在這些引腳上產生SPWM。

      這個庫的優點是它不會干擾Arduino的定時器0,其比定時器1和定時器2更重要。因此你可以自由地使用延遲函數和millis()函數而沒有任何問題。引腳5和6也由定時器0控制,因此我們在這些引腳上使用模擬寫或伺服控制操作時不會遇到問題。最初花了一些時間才弄清楚這一點,這就是為什么接線搞砸了。

      使用Arduino生成正弦波

      我們知道微控制器是數字設備,它們不能僅僅通過編碼產生正弦波。但是,在從微控制器獲得正弦波的兩種流行方法中,一種是使用DAC,另一種是通過創建SPWM。不幸的是,Arduino開發板(除了Due)沒有內置DAC來產生正弦波,但你總是可以使用簡單的R2R方法構建自己的DAC,然后用它來產生正常的正弦波。但是為了減少硬件工作,我決定使用后面的方法,創建SPWM信號然后將其轉換為正弦波。

      什么是SPWM信號?

      術語SPWM代表正弦脈沖寬度調制。該信號與PWM非常相似,但對于SPWM信號,以這樣的方式控制占空比,以獲得與正弦波相似的平均電壓。例如,在100%占空比時,平均輸出電壓為5V,在25%時我們將為1.25V,從而控制占空比,我們可以獲得預定義的可變平均電壓,這只是一個正弦波。這種技術通常用于逆變器

      在上圖中,藍色信號是SPWM信號。請注意,波形的占空比在0%到100%之間變化,然后再回到0%。該曲線圖繪制為-1.0至+ 1.0V,但在我們的情況下,由于我們使用的是Arduino,因此刻度將為0V至5V。我們將在下面的編程部分學習如何使用Arduino生成SPWM。

      將SPWM轉換為正弦波

      將SPWM單個轉換為正弦波需要H橋電路,該電路由最少4個電源開關組成。我們不會深入研究它,因為我們不在這里使用它。這些H橋電路通常用于逆變器。它利用兩個SPWM信號,其中一個信號與另一個相移,并且兩個信號都被施加到H橋中的電源開關,以使對角線相對的開關同時打開和關閉。通過這種方式,我們可以獲得看起來類似于正弦波的波形,但實際上不會更接近上圖中顯示的任何波形(綠波)。為了獲得純波形輸出,我們必須使用像低通濾波器這樣的濾波器,它包括一個電感和電容。

      但是在電路中,我們不會使用正弦波來為任何東西供電。我只是想從生成的SPWM信號創建該波形,所以我選擇了一個簡單的RC-Filter。您也可以嘗試使用LC濾波器以獲得更好的結果,但為了簡單起見,我選擇了RC。我的電阻值為620歐姆,電容為10uF。上圖顯示了引腳5的SPWM信號(黃色)和通過RC濾波器后獲得的正弦波(藍色)。

      添加Arduino PWM頻率庫

      ● Arduino PWM頻率庫

      在撰寫本文時,Arduino PWM頻率庫V_05是最新版本,它將以ZIP文件形式供下載。 解壓ZIP文件,然后您將得到一個名為PWM的文件夾。 然后導航到Arduino IDE的Libraries文件夾,對于Windows用戶,它將位于路徑C:\Users\User\Documents\Arduino\libraries中。 將PWM文件夾粘貼到libraries文件夾中。 有時你可能已經有一個PWM文件夾,這時,請確保用這個新文件夾替換舊文件夾。
      編輯:hfy

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      的頭像 欒新科 發表于 08-20 14:19 ? 167次 閱讀
      iMX8M Plus為邊緣計算賦能-高性能的機器學習讓邊緣計算更給力

      初學者stm32買什么板子好

      stm32又名嵌入式單片機,主要應用領域是嵌入式開發,對于新手來說,當然是越少走彎路越好,那么初學者....
      的頭像 璟琰乀 發表于 08-19 14:18 ? 635次 閱讀

      Pegasus智能家居開發套件_2021

      Pegasus智能家居開發套件指南
      發表于 08-18 15:39 ? 28次 閱讀

      ELEXCON 2021展會:芯來科技推出RISC-V評估開發板

      RV-STAR是一款基于GD32VF103 MCU的RISC-V評估開發板,提供了板載調試器、Res....
      的頭像 ELEXCON深圳國際電子展 發表于 08-18 14:32 ? 3144次 閱讀
      ELEXCON 2021展會:芯來科技推出RISC-V評估開發板

      澎峰Artix 7 FPGA開發套件新品上線 奉送RISC-V Core開發實例

      新款的RV開發板,已經新鮮出爐啦!這次帶來的 Perf-V1開發板 ,既可以學習 FPGA編程 ,也....
      的頭像 亞德諾半導體 發表于 08-16 14:18 ? 3585次 閱讀
      澎峰Artix 7 FPGA開發套件新品上線 奉送RISC-V Core開發實例

      對基于NUC472開發板的機智云功能板進行編程

      在NUC472開發板上配有Arduino接口,若以該接口與機智云的功能板相配合,則可以有效地拓展該開....
      的頭像 IBM大數據技術團隊 發表于 08-12 14:09 ? 2855次 閱讀
      對基于NUC472開發板的機智云功能板進行編程

      涂鴉開發板3.0原理圖下載

      涂鴉開發板3.0原理圖下載
      發表于 08-10 09:47 ? 132次 閱讀

      在QCC512x/QCC302x芯片上如何解決在某些頻段有底噪的問題

      測試方法在默認sink工程中開啟enable_usb_audio功能,然后燒錄程序到開發板,將開發板....
      的頭像 智聯開發Arduino 發表于 08-10 09:38 ? 510次 閱讀
      在QCC512x/QCC302x芯片上如何解決在某些頻段有底噪的問題

      EV_ICS-51360-FX TDK InvenSense ICS多模MEMS麥克風

      venSense ICS多模MEMS麥克風具有230μA至590μA電流范圍、-98dB FS高電源抑制,采用3.5mm × 2.65mm × 0.98mm表面貼裝封裝。ICS-51360模塊具有50Hz至>20kHz的擴展頻率響應和數字脈沖密度調制 (PDM) 輸出。該MEMS麥克風兼容無錫/鉛和無鉛焊接工藝。TDK InvenSense ICS多模MEMS麥克風非常適合用于智能手機、麥克風陣列、平板電腦和相機應用。 特性 四阶Σ-Δ调制器 数字脉冲密度调制 (PDM) 输出 兼容无锡/铅和无铅焊接工艺 符合RoHS指令/WEEE标准 规范 −36dB FS ±1...
      發表于 11-11 09:07 ? 155次 閱讀

      SDE1B016GTKDWBA0ESA0 TDK Solid State Drives

      態驅動器滿足工業應用中對SSD的要求,速度可達180MB/s。 這些設備使用最新的MLC型NAND閃存,具有讀取重試功能,對于提高數據可靠性是必不可少的。 SSD具有自動恢復、數據隨機化和自動刷新功能。
      發表于 10-23 19:06 ? 108次 閱讀

      P-NUCLEO-WB55 STMicroelectronicsPNUCLEOWB55STM32WBNucleo68數據包

      oelectronics?P-NUCLEO-WB55 STM32WB Nucleo-68數據包是一套經濟劃算的方案,能夠基于STM32WB雙核多協議?超低功耗2.4GHz MCU?片上系統 (SoC) 快速開發WLAN和藍牙應用。? STM32 Nucleo包含NUCLEO-68板(預裝STM32WB55RG MCU)和USB加密狗(采用?STM32WB55CG MCU)。 NUCLEO-68板和USB加密狗配置为2.4GHz射频收发器蓝牙规格v5.0和IEEE 802.15.4-2011 PHY和MAC。NUCLEO-68板还包含Arduino Uno V3和 史多福连接器,可轻松集成到应用原型中。集成式ST-LINK/V2-1调试器/编程器,无需使用单独的探针。...
      發表于 10-23 16:06 ? 161次 閱讀

      STM32MP157A-DK1 STMicroelectronicsSTM32MP157ADK1探索套件

      oelectronics STM32MP157A-DK1探索套件支持利用STM32 MPU OpenSTLinux分布軟件輕松開發應用程序。OpenSTLinux軟件用于主處理器和協同處理器的STM32CubeMP1軟件。該套件包含ST-LINK嵌入式調試工具、LED、按鈕和一個以太網1Gbps連接器。它還包含一個USB Type-C? OTG連接器、四個USB Type-A主機連接器和一個HDMI?收發器。它還包含一個立體聲耳機插孔(帶模擬麥克風)和一個microSD?連接器。為了擴展STM32MP157A-DK1探索套件的功能,提供兩個GPIO擴展連接器,用于Arduino?和Raspberry Pi?屏蔽。 特性 基于STM32MP157 Arm®的双Cortex®-A7 32位 + Cortex®-M4 32位MPU,采用TFBGA361封装 圣普米克stpmic1a 4GbitDDR3L,16位,533MHz 1GB以太网 (RGMII),符合IEEE-802.3ab USBOTGHS 音频编#...
      發表于 10-23 15:06 ? 396次 閱讀

      NUCLEO-H743ZI2 STMicroelectronics搭載STM32H743ZIMCU的STM32Nucleo144開發板

      oelectronics搭載STM32H743ZI MCU的STM32 Nucleo-144開發板用于測試STM32H743ZI微控制器的各種性能以及與之相對應的功耗情況。開關模式電源 (SMPS) 可顯著降低運行模式下的功耗。該開發板設有用于實現Arduino® Uno V3連接功能的ST Zio連接器,以及用于通過各種擴展板擴展Nucleo開放式開發平臺的 ST嗎啡排針。STM32 Nucleo-144開發板無需單獨的探頭,因其已集成ST-LINK/V2-1調試器/編程器。STM32 Nucleo-144開發板隨附STM32Cube MCU軟件包中提供的STM32全面免費軟件庫和示例。 特性 采用LQFP144封裝的STM32微控制器 外部SMPS,生成Vcore邏輯電源(僅可用于“-P”結尾的板) 符合IEEE-802.3-2002的以太網(取決于STM32支持) USB OTG或全速設備(取決于STM32支持) 3個用戶LED 兩個按鈕(用戶和復位) 32.768 kHz晶體振蕩器 板連接器: 微型USB接口 SWD 以太網RJ...
      發表于 10-21 10:09 ? 261次 閱讀
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