Цифровой аудио генератор, приставка к "Хамелеону"

Автор: Константин Клименко,константин_KoSS_89
Опубликовано 09.03.2016
Создано при помощи КотоРед.

Основой статьи послужил "DDS Audio Function Generator - Bascom AVR Project" и "DDS генератор сигналов OSKAR-DDS"

На мой-взгляд работа с генератором сигналов без осциллографа малоэффективна, это некий симбиоз приборов и делать генератор отдельным прибором, тем более при возможности подключать приставки к нашему "ослику", не актуально. Во время настройки параметров и формы сигнала генератор заимствует экран "Хамелеона", но при нажатии кнопки "Старт" осциллограф снова выполняет свою прямую задачу а генератор свою.

Техничекие характеритики:

•  Диапазон частот 1-100 кГц
•  Формы сигнала -синусоида, меандр 50%, меандр 25%, меандр 75%, треугольник, пила прямая и обратная, шум
•  Выходной делитель 1/10
•  Амплитуда выходного сигнала 2,9 В (действ.)
•  Гальваническая развязка питания генератора от питания осциллографа
•  Возможность работы приборов при одновременной зарядке (питании от внешнего источника)

Схема прибора простая, в ней нет диффецитных деталей.

Схема доступна в формате sPlan 7.0 в конце статьи.

Схему можно условно разделить на три части. DC-DC преобразователь для гальванической развязки питания, микропроцессорную часть и аналоговую часть.

Инвертор собран на распространенной микросхеме MC34063 с трансформаторной + опто развязкой напряжений. На выходе получается около шести вольт для питания аналоговой части схемы. Трансформатор намотан на ферритовом кольце от GDT КЛЛ (сберегающей лампы). Первичная обмотка содержит 30 витков провода ПЭВ-1 0,25мм , вторичка содержит 51 виток того же провода. Исходя из таблицы напряжение пробоя обмоток порядка 600 вольт. После намотки трансформатор  обильно пропитывается лаком.

Микроконтроллер ATmega8 применен в корпусе DIP28 исключительно из-за его наличия. Питание МК стабилизировано на уровне 3.3 вольта. Тактирование от внешнего кварца частотой 11059200 Гц необходимо для наименьшего кол-ва ошибок при передачи данных уартом. Аппаратный уарт занят R/2R ЦАПом, вопрос передачи данных решон програмно. Часть программы отвечающая непосредственно за генерацию сигнала написана на асемблере, Данные из таблицы загружаются в ЦАП за девять тактов. В програме пердусмотрен WatchDog таймер с переполнением в две секунды.

Аналоговая часть частично взята из статьи (DDS генератор сигналов "OSKAR-DDS")* На ОУ MCP6022 rail-to-rail выполнен высокочастотный фильтр и повторитель, на MCP602 собран источник опорного напряжения и виртуальная земля. Переменными резисторами можно регулировать амплитуду выходного сигнала и смешение его по постоянному току.

 Прибор собран на односторонней печатной плате, органы управления и индикации расположены на отдельной ПП. Трансформатор, переменные резисторы, переключатель делителя и большой электролит размещаются на обратной стороне платы. Прибор размещён в корпусе от китайского блока питания. ПП есть в архиве, хотя желающим повторить скорее всего придется её корректировать под свои корпуса.

Управление интуитивно понятно и осуществляется джойстиком + одна кнопка для старта и остановки генерации сигнала. На экране видим, форму будущего сигнала, его амплитуду и смещение относительно нуля.

Наклонами джойстика вправо, лево, выбираем редактируемый разряд, а наклонами вверх, низ, увеличиваем или уменьшаем число соответственно. Центр джойстика служит для смены по кругу формы генерируемого сигнала.

Светодиод в режиме настроек часто вспыхивает, с каждой вспышкой происходит "обновление экрана", в режиме генерации светодиод горит постоянно, а "хамелеон" переходит в режим осциллографа. Бузер пищит при включении, при смене формы сигнала, при перевале числа через 9 и через 0, и при смене первого разряда на последний или наоборот. Это даёт возможность, при некоторой сноровке, работать с прибором в слепую, без вывода информации на экран (ну мало ли что).

Так выглядят сигналы разной формы на частоте 1 КГц.

И на частоте 50 КГц.

После 30 КГц становится заметна ВЧ составляющая цифрового преобразования, проблема решается добавлением ВЧ фильтров, но моя задача была максимально упростить работу с прибором, пусть и в небольшой ущерб качеству сигнала.

Ошибки и недочёты.

Остался недоволен аналоговой частью прибора. Её думаю, нужно переделать, быть может, следует применить двуполярное питание?

В ходе проверок выяснилось, что ток, протекающий через выходной резисторный делитель при крайних положениях переменных резисторов, регулировки смещения и амплитуды сигнала даёт ложные показания на мониторе при выборе параметров сигнала (нужно переделывать аналоговую часть).

Хочу добавить подпрограмму генерации настраиваемого ШИМ сигнала, банально не хватает памяти МК, Предполагаю отказаться от 25% и 75% Меандра, ведь ШИМом можно будет более гибко менять данный параметр.

Стабилитрон в цепи обратной связи инвертора лучше поставить напряжением стабилизации 4.5 вольт, получив на выходе DC-DC около пяти вольт и снизить потребление тока всей схемой.

Использованная информация:

1. DDS Audio Function Generator - Bascom AVR Project
2. DDS генератор сигналов "OSKAR-DDS"
3. Термометр - приставка к Хамелеону

Файлы:
Прошивка, исходник, печатка

Все вопросы в Форум.