Библиографическое описание:

Литовченко А. А., Ерусалимский Ю. А. Генератор сигналов произвольной формы на микроконтроллере AVR // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 173-177.



В статье описаны этапы разработки и исследования генератора сигналов произвольной формы для исследовательских целей на МК типа AVR. Проведена разработка принципиальной схемы генератора и программного обеспечения для его работы, изготовлен макет генератора и проведены его экспериментальные исследования.

Ключевые слова: AVR, генерация сигнала

На настоящий момент сложно обнаружить какое-либо оборудование без использования микроконтроллеров (МК), являющихся вычислительной микросхемой, управляющей электронными устройствами. Как известно, типовой МК выполнен на одном кристалле и содержит процессор, периферийные устройства, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и/или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), в зависимости от применяемого назначения. Другими словами, микроконтроллер можно представить в виде миникомпьютера, способного решать несложные вычислительные задачи.

Разработка структурной схемы

Сигнал формируется микроконтроллером путём выполнения алгоритма, записанного в его ПЗУ. На выходе МК выдаёт двоичный код, который необходимо преобразовать в напряжение. Для выполнения данной задачи применяется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) с последующим использованием фильтра нижних частот (ФНЧ) для подавления ступенек на сигнале. Из-за большой частоты, амплитуда сигнала очень маленькая, поэтому для усиления сигнала применяется усилитель. Для выбора формы сигнала, который будет генерировать МК, используется блок управления, так же, как и индикация выбора сигнала для визуализации выбранной формы сигнала. Структурная схема генератора сигналов изображена на рисунке 1.

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\структурная схема-восстановлено.jpg

Рис. 1. Структурная схема генератора сигналов

Выбор элементов принципиальной схемы

Главной частью генератора является МК ATMEGA328P-MU в корпусе MLF-32. Микроконтроллер уже распаян на платформе Arduino, что существенно упрощает монтаж и наладку МК и позволяет уделить больше внимания разработке самого генератора.

Основные параметры МК ATMEGA328P-MU описаны в таблице 1.

Таблица 1

Основные параметры МК ATMEGA328P-MU

ЦПУ: Ядро

AVR

ЦПУ:F, МГц

от 0 до 20

Память:Flash, КБайт

32

Память:RAM, КБайт

2

Память:EEPROM, КБайт

1

I/O (макс.), шт.

23

Таймеры:8-бит, шт.

2

Таймеры:16-бит, шт.

1

Таймеры:Каналов ШИМ, шт.

6

Таймеры:RTC

Да

Интерфейсы:UART, шт.

1

Интерфейсы:SPI, шт.

1

Интерфейсы:I2C, шт.

1

Аналоговые входы:Разрядов АЦП, бит

10

Аналоговые входы:Каналов АЦП, шт.

8

Аналоговые входы:Быстродействие АЦП, kSPS

76.9

Аналоговые входы:Аналоговый компаратор, шт.

2

VCC, В

от 1.8 до 5.5

ICC, мА

40

TA, °C

от -40 до 85

Блок управления состоит из четырёх клавиш выбора и трёх потенциометров. Для выбора сигнала используется соответствующая кнопка. Потенциометры предназначены для регулирования частоты, скважности (ШИМ) и управления усилением, при этом регулировать ШИМ возможно только при генерации прямоугольного сигнала.

Индикация выбора состоит из четырёх светодиодов, причём под каждой кнопкой выбора находится светодиод, сообщающий о выборе генерируемого сигнала.

Цифро-аналоговый преобразователь обеспечивает перевод цифровых данных в соответствующую аналоговую форму. В схеме используется ЦАП взвешивающего типа (делитель Кельвина). Определенному биту двоичного кода ставится в соответствие резистор или источник тока, который подключается в общую точку суммирования.

Принципиальная электрическая схема генератора представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Электрическая схема генератора

Разработка программного обеспечения

Для выполнения инструкций, определяющих, как и в каком порядке работать компонентам, подключённым к микроконтроллеру, реализована программа для данного микроконтроллера на языке программирования Arduino. Окно среды разработки с фрагментом программы показано на рисунке 3.

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\arduinoc.jpg

Рис. 3. Окно среды разработки Arduino

Исследование генератора

Созданный генератор формирует сигналы прямоугольной, пилообразной, синусоидальной и треугольной формы (рисунки 4–7).

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\прямоугольный.jpg

Рис. 4. Сигнал прямоугольной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\пила.jpg

Рис. 5. Сигнал пилообразной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\sin.jpg

Рис. 6. Сигнал синусоидальной формы

C:\Users\Aleksey\Desktop\Диплом\треугольный.jpg

Рис. 7. Сигнал треугольной формы

Литература:

  1. Кравченко А. В. 10 практических устройств AVR-микроконтроллерах. — Книга 2. — СПб.: МК-Экспресс, 2009. — 320 с.
  2. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 256 с.
  3. Arduino IDE — установка, настройка и интерфейс. Проверка соединения с платой Arduino // Программирование микроконтроллеров AVR, Atmega, Arduino и др. URL: http://progmk.ru/ (дата обращения: 14.09.2016).
  4. ATmega328P Overview // Atmel Corporation — Microcontrollers, 32-bit, and touch solutions. URL: http://www.atmel.com/devices/ATMEGA328P.aspx (дата обращения: 02.09.2016).
  5. From Arduino to a Microcontroller on a Breadboard // Arduino. URL: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/ArduinoToBreadboard (дата обращения: 02.09.2016).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle