Авторы: Литовченко Алексей Александрович, Ерусалимский Юрий Александрович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (125) ноябрь-1 2016 г.

Дата публикации: 20.10.2016

Статья просмотрена: 193 раза

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).
Основные термины (генерируются автоматически): схема генератора, генератора сигналов, схема генератора сигналов, Структурная схема генератора, сигналов произвольной формы, выбора сигнала, формы сигнала, генератора сигналов произвольной, МК ATMEGA328P-MU, выбора формы сигнала, Окно среды разработки, треугольной формы, МК типа avr, принципиальной схемы генератора, Электрическая схема генератора, индикация выбора сигнала, электрическая схема генератора, Главной частью генератора, МК выдаёт двоичный, параметры МК atmega328p-mu.

Ключевые слова

AVR, генерация сигнала

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос