Низкочастотный DDS генератор на ATmega8

DDS генератор, или генератор Прямого Цифрового Синтеза в настоящее время уже далеко не новинка. На просторах интернета представлено большое количество схем, преимущественно на микроконтроллерах AVR. В качестве ЦАП-а в основном выступает R-2R матрица, но присутствуют конструкции и на микросхеме AD9850 (к слову, низкой стоимостью они не отличаются). Но к сожалению (или у счастью?), в них не было нужного мне: небольшие размеры и низкая стоимость. Как итог, была разработана данная схема.

В данной статье я хочу представить DDS генератор, выполненный на микроконтроллере ATmega8. Для отображения информации используется графический LCD LPH8731-3C. Данное устройство позволяет получить периодичный сигнал с произвольной формой (разрешение 100 точек) и заданной амплитудой.

Технические характеристики:

• Напряжение питания: 5В
• Потребляемый ток: <100мА
• Мин. выходное напряжение: 0.5В
• Макс. выходное напряжение: 2,5В
• Шаг установки напряжения: 0,5В
• Мин. частота сигнала: 10Гц
• Макс. частота сигнала: 2кГц (10кГц)
• Шаг установки частоты: 10Гц (100Гц)
• Количество предустановленных сигналов: 8
• Отображение данных: графический ЖКИ
• Возможность добавления формы сигнала "на ходу" (без перепрошивки): отсутствует
• Яркость подсветки: регулируется, необходима перепрошивка
• Макс. количество форм в памяти: не менее 20

Схема устройства представлена ниже:

Основа схемы, как уже упоминалось, микроконтроллер ATmega8-16AU. Индекс "...16" необходим, так как в схеме применен кварцевый резонатор на 16МГц. ЦАП выполнен на R-2R матрице. Данный ход позволяет избежать применения специальных микросхем, но к сожалению, не позволяет добиться реального разрешения ЦАП выше 10 .. 12бит (в любительских условиях). К выходу матрицы через резистивный делитель напряжения (R17, RV1) подключен операционный усилитель, включенный по схеме повторителя и служит для усиления тока.

Управление устройством осуществляется посредством кнопок. На переднюю панель целесообразно выносить только кнопки SB1-SB4. Кнопка SB5 играет роль "функциональной", и позволяет использовать отличные от "основных" действия для кнопок SB1-SB4. Переключатель SA1 включает/выключает "генерацию" и кнопки управления соответственно. В первом его положении включено управление и отключено генерирование сигнала, а в другом ситуация диаметрально противоположна первому. Разъем J2 можно не разводить на плате, так как он предназначен лишь для подачи на плату питания на время программирования микроконтроллера (но придется цепляться напрямую к дорожкам).

Печатная плата:

Печатная плата устройства выполнена на двухстороннем фольгированном материале и имеет размеры ( _ х _ ). Основная сложность при ее изготовлении - разводка дорожек для посадки микроконтроллера, но если у вас есть опыт изготовления подобных плат и/или возможность использовать фоторезист/ЛУТ , то проблем при изготовлении быть не должно.

При сборке устройства настоятельно рекомендую проверить, хорошо ли пропаяны переходные отверстия а так же надежность контакта ножек микроконтроллера и дорожек печатной платы. Я пропустил всего 1 непропай ножки микроконтроллера, и в результате на поиски проблемы ушло пару дней.

Прошивка

Прошивка для микроконтроллера была написана в WinAVR. Для заливки .hex файла использовался программатор USBasp и софт Khazama AVR Programmer. Скриншот с примером выставления fuse-битов представлен ниже. Так как на печатной плате специальный разъем для программирования не предусматривался, то для прошивки микроконтроллера придется временно припаяться к соответствующим дорожкам (пины микроконтроллера "MISO", "MOSI", "SCK", "RESET").

Сборка и компоновка устройства

При помещении устройства в корпус, желательно установить кнопку SB5 на боковой его грани. Выключатель SA1 в моем варианте находился на нижнем торце, как и разъем для подключения нагрузки. Разъем USB установлен в верхней части корпуса потому, что в планах было использование DC-DC преобразователя 3.7 -> 5В. Но так как хотелось универсальности, решил сделать этот блок съемным.

Возможная замена элементов

Микроконтроллер можно использовать только ATmega8-16AU. Операционный усилитель LM358 аналогичным (к примеру, NE532, OP04, OP221, OP290, ...) в корпусе SO-8, и про возможное несоответствие выводов забывать не стоит. Транзистор Q1 можно взять любой маломощный n-p-n, к примеру отечественный КТ315 или КТ3102. Резисторы R1-R16 желательно брать с минимальный допуском (0,5...1%), но пойдут и более распространенные 2...5% (но тут форма сигнала может быть немного хуже). Причем, желательно взять резисторы одного номинала (пусть будет 10кОм), и потом там где требуется 2R ставить 10кОм, а где R - 2х10кОм параллельно. Конденсаторы C1, C2 желательно брать в диапазоне 22...33пФ. Кварцевый резонатор использован низкопрофильный, на частоту 16МГц. Резистор RV1 - многооборотный. Стабилитрон можно ставить только на 3.3В.

LCD дисплей можно использовать только с желтой подложкой и надписью "LPH8731-3C". Он встречается в мобильных телефонах Siemens A60, A65 и др. и имеет разрешение 101x80 пикселей.

Настройка

Правильно собранное устройство в наладке не нуждается, и должно работать сразу после сборки и прошивки контроллера. Если этого не произошло, то проверьте на короткое дорожки на печатной плате, правильность подключения LCD дисплея, целостность проводов от переключателя SA1 а так же исправность стабилитрона и источника питания/кабеля USB.

При успешном первом включении, необходимо с помощью осциллографа и подстроечного резистора RV1 настроить уровень выходного сигнала согласно установкам на дисплее.

Назначение кнопок: SB1 - "Влево" (Вых. напряжение меньше), SB2 - "Вправо" (Вых. напряжение больше), SB3 - "Частота +10" (Частота +100), SB4 - "Частота -10" (Частота -100) <-- SB5 - Отжата (Нажата).

Фото и видео устройства:

На двух фото ниже видно, как можно получить большую частоту, нежели 2кГц. Но приходится качеством сигнала (для прямоугольных не принципиально).

Осциллограммы сигналов, полученных с помощью данного устройства:

Внешний вид собранного устройства:

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• LCD
• DDS
• Proteus
• AVR
• Микроконтроллер