Многофункциональный генератор сигналов своими руками. Цифровой функциональный генератор DDS. Возможная замена элементов

Уже давно пользуюсь генератором сигналов UDB1005S , построенном по DDS технологии, куплен он был на али за 30$.

Если кратко, то серия UDB100 x включает в себя 3 модели UDB1002, UDB1005, UDB1008, последняя цифра определяет максимальную рабочую частоту, а буква S на конце, если она есть, говорит о том, что генератор поддерживает sweep_mode . В основе генератора лежит связка плис + мк, мк обслуживает периферию(кнопки, энкодер, дисплей), а плис занимается генерацией сигнала.

Генератор имеет один аналоговый выход с возможностью регулировки амплитуды и смещения по постоянному напряжению, один цифровой с TTL уровнями, может работать в режиме счётчика импульсов и в режиме частотомера.

Теперь давайте рассмотрим основные особенности.

Аналоговый выход:

Форма выходного сигнала: синусоидальный, прямоугольный, пилообразный
Амплитуда выходного сигнала ≤9Vp-p(без нагрузки)
Выходное сопротивление 50Ω±10%
Смещение по постоянному напряжению ±2.5V(без нагрузки)
Частотный диапазон
0.01Hz~2MHz(UDB1002S)
0.01Hz~5MHz(UDB1005S)
0.01Hz~8MHz(UDB1008S)
Точность частоты ±5×10－6
Стабильность частоты ±1×10－6
Время нарастания и спада прямоугольного сигнала ≤100ns
Коэффициент заполнения прямоугольного сигнала 1%-99%

TTL выход:

Частотный диапазон
0.01Hz~2MHz(UDB1002S)
0.01Hz ~5MHz(UDB1005S)
0.01Hz ~8MHz(UDB1008S)
Амплитуда >3Vp-p
Нагрузочная способность >20TTL

Функция счётчика:

Диапазон счётчика импульсов 0~4294967295
Диапазон частотомера 1Hz~60MHz
Диапазон входных напряжений 0.5Vp-p~20Vp-p

Генератор качающей частоты (sweep_mode ):

Частотный диапазон fM1~fM2 (частоты предварительно устанавливаются)
Временной диапазон 1s~99s

Дополнительная возможность: сохранять и загружать конфигурации M0~M9 (по умолчанию M0)

Что касается генератора качающей частоты , для его настройки необходимо задать два значения частоты и время, за которое частота генератора изменится от fM1 до fM2 . Это очень удобно если надо узнать как реагирует схема на разные частоты, например, с помощью генератора качающей частоты можно легко найти резонансную частоту контура с неизвестными элементами. Для этого через последовательно включённый резистор номиналом несколько сотен Ом подключаем генератор к контуру, а щупом осциллографа к выводам контура. Если контур последовательный, то на резонансной частоте амплитуда колебаний будет максимальна, а если параллельный - минимальна. Фиксируя амплитуду на экране осциллографа можно узнать резонансную частоту контура.

Но не буду отходить от темы, ниже приведу несколько осциллограмм для разных видов колебаний и разных частот.
Синус 1КHz

Синус 10КHz

Синус 100КHz

Синус 1МHz

Синус 5МHz

Пила 1КHz

Пила 10КHz

Пила 100КHz

Пила 1МHz

Пила 5МHz

Еще можно изменять наклон пилы

Меандр 1КHz

Меандр 10КHz

Меандр 100КHz

Меандр 1МHz

Меандр 5МHz

Меандр 100KHz с TTL выхода

Меандр 1МHz с TTL выхода

Меандр 5МHz с TTL выхода

На осциллограммах видно, что стабильность частоты сильно отличается от заявленной, также хотелось отметить, что если частота прямоугольного сигнала превышает 1MHz, сигнал начинает сильно дрожать.
Сигнал для проверки частотомера взял с калибратора осциллографа, по паспортным данным на его выходе должен быть меандр с частотой 1KHz, частотомер показал ровно 1KHz. Режим счётчика импульсов не тестировал.

Всё вышеперечисленное можно отнести к плюсам, ну а чего можно хотеть от генератора сигналов за 30$? А теперь минусы, их всего два за то какие.....
В общем, в этом генераторе присутствует импульсная система питания, которая очень шумит. На осциллограмме ниже видно, что происходит на выходе генератора в отсутсвие сигнала.

но это мелочь по сравнению с регулировкой амплитуды, при вращении ручки регулировки амплитуды, последняя изменяется скачками, поэтому выставить нужную амплитуду с погрешность 100mV очень сложно .

Быстрый поиск на ютубе по запросу «генератор сигналов с али» показал, что генератора сигналов, у которого можно точно выставить амплитуду стоит, гораздо дороже, поэтому по соотношению цена-возможности этот генератор вне конкуренции.
Генератор покупал .

В первой части статьи рассматривается схемотехническое решение, устройство и конструкция DDS генератора (генератор с прямым цифровым синтезом формы сигнала) на микроконтроллере ATmega16 . В приборе, кроме синтеза сигнала различной формы и частоты, реализуется возможность регулировки амплитуды и смещения выходного сигнала.

Основные характеристики прибора:

простое схемотехническое решение, доступные компоненты;
односторонняя печатная плата;
сетевой источник питания;
специализированный выход частоты от 1 МГц до 8 МГц;
DDS выход с регулировкой амплитуды и смещения;
форма выходного DDS сигнала: синусоида, прямоугольные импульсы, пилообразные импульсы, треугольные импульсы, ЭКГ, шум;
для отображения текущих параметров используется двухстрочный ЖК дисплей;
пятикнопочная клавиатура;
шаг перестройки частоты: 1, 10, 10, 1000, 10000 Гц;
восстановление последней конфигурации при включении;
регулировка смещения: -5 В … +5 В;
регулировка амплитуды: 0 … 10 В;
регулировка частоты: 0 … 65534 Гц.

За основу прибора, а точнее алгоритм работы микроконтроллера, была взята разработка DDS генератора Jesper Hansen . Предложенный алгоритм был немного переработан и адаптирован под компилятор WinAVR-GCC

Сигнальный генератор имеет два выхода: выход DDS сигнала и выход высокочастотного сигнала (1 - 8 МГц) прямоугольной формы, который может использоваться для «оживления» микроконтроллеров с неправильными установками Fuse-битов или для других целей.

Высокочастотный сигнал поступает непосредственно с микроконтроллера, с вывода OC1A (PD5). DDS сигнал формируется микроконтроллером с использованием цепочки резисторов R2R (ЦАП), регулировка смещения и амплитуды возможна благодаря использованию низкопотребляющего операционного усилителя LM358N .

Блок-схема DDS генератора

Как видно, для питания устройства необходимо три напряжения: +5 В, +12 В, -12 В. Напряжения +12 В и -12 В используются для аналоговой части устройства на операционном усилителе для регулировки смещения и амплитуды.

Принципиальная схема источника питания изображена на рисунке ниже.

В источнике питания используются стабилизаторы напряжения LM7812 , LM7805 , LM7912 (стабилизатор отрицательного напряжения -12 В).

Внешний вид источника питания для генератора

Возможно использование компьютерного блока питания форм-фактора ATX, для этого необходимо распаять переходник в соответствии со схемой:

Принципиальная схема прибора

Для сборки прибора потребуется:

микроконтроллер ATmega16;
кварцевый резонатор 16 МГц;
стандартный двухстрочный ЖК индикатор на базе контроллера HD44780 ;
R2R ЦАП выполненный в виде цепочки резисторов;
сдвоенный операционный усилитель LM358;
два потенциометра;
пять кнопок;
несколько коннекторов и разъемов.

Рисунок печатной платы

Примененные компоненты, за исключением микроконтроллера и разъемов, в корпусах для поверхностного монтажа (smd).

Прибор смонтированный в корпусе

Тестовый запуск

Загрузки

Принципиальная схема и печатная плата (формат Eagle) -
Проект для симуляции в среде Proteus -

Кто пробовал сваять?
Смотрите ветку Функцинальный генератор, начиная с 4 поста идет обсуждение этой конструкции, и пользователи QED и куко собрали этот генератор. И в протеусе был проверен - работает.
скажите кто-нибудь, пожалуйста, перечень компонентов для блока питания используемые в первом(http://www..html?di=69926) варианте генератора. в частности интересует какой модель трансформатора и выпрямитель использовал автор. или хотя бы полные аналоги. из просьбы ясно, что я в электротехнике не силён, но думаю собрать осилю без углубления в дебри предмета. Просто форс-мажор. С конденсаторами и 3-мя стабилизаторами всё понятно. Собственно вот эта схема прикреплена.
Трансформатор любой маломощный с двумя вторичными обмотками с выходным напряжением 15 В (переменка). В частности автор использовал трансформатор TS6/47 (2х15 В/2х0.25 А) Диодный мостик тоже любой маломощный сгодится. На фотке в статье виден и трансформатор и диодный мостик.
а подскажите пожалуйста, какая связь должна быть между вторичным выходом трансформатора и выпрямителем, учитывая схему БП автора?:confused: ну имею ввиду, если на выходе трансформатора 15в (вроде нашел вот такой -ТПС-7.2(2х15В)сим.(7.2Вт)15Вх2_7.2Вт_сим.(0.24А)х2 - 160,00руб) , то какой выпрямитель к нему? и на случай, если 12в на выходе трансформатора?
Не совсем понял вопрос, честно говоря... Трансформатор указанный вами вроде подходит... Мостик вполне, думаю подойдет к примеру DB106
Vadzz, спасибо огромное за подсказку. если DB106 подходит, значит и имеющий аналогичные параметры W08 подойдет. это так? просто, именно его имеется возможность(желание) купить. и ещё не смог разобраться с номиналами конденсаторов на схеме автора, подскажите, пожалуйста. они в все в nF(нанофарад-нФ)?
W08 - вполне подойдет. Конденсаторы в схеме блока питания или в схеме самого генератора? Если блок питания - то там все кондеры в микрофарадах (2000 мкф, 100 мкф, 0.1 мкф). В схеме генератора - по-моему только два кондера в обвязке кварца 18 пикофарад.
Vadzz, безгранично благодарю. вроде все вопросы сняты. Со схемой самого генератора вроде немного проще(есть файл EAGLE). Буду воплощать в реальность. Если всё будет путём, то попробую выложить печатную плату (формат Eagle) Блока питания.
Обязательно должно все получиться у вас... Рисунок печатной платы выкладывайте, кому-то обязательно пригодится...
Я спаял и пользуюсь. Честно говоря по ходу возникли несколько проблем: 1) недостаток - невозможна перестройка частоты при включенном генераторе. Т.е. если нужно менять частоту, то сначала выключаем генерацию сигнала, потом перестраиваем частоту, потом снова включаем генерацию сигнала. Это зачастую неудобно, когда нужно следить за реакцией налаживаемого устройства на плавное изменение частоты. Например для управления оборотами шаговика перестраивать частоту нужно только плавно. 2) недостаток - дважды слетал EEPROM. Автор предусмотрел запоминание установленных режимов в EEPROM, но это совсем не обязательно. Уж лучше бы ничего не запоминал и не использовал его совсем. Или в крайнем случае при повреждении EEPROM грузил установки "по умолчанию" из FLASH. Зато был бы надежнее. В целом в остальном работой я доволен. Просьба к тем, кто смыслит в написании программ для AVR исправить эти два недостатка.
По поводу перестройки частоты "налету" тут скорее всего нужно использовть DMA, чего в подобных микроконтроллерах нет. Может я ошибаюсь... надо глянуть исходники генератора... Насчет "слетает EEPROM" - интересно конечно причину узнать, но два раза я думаю еще не показатель.
Готовые генераторы на ad9850(51) есть здесь: http://radiokit.tiu.ru/product_list/group_802113
Готовые генераторы на AD9850 это хорошие девайсы, но другое дело когда собираешь и налаживаешь сам...
Разрушение данных в EEPROM приводит к полной неработоспособности генератора. Очень неприятная проблема в самый неподходящий момент. Я обычно внутри корпуса генератора держу запасной запрограммированый контроллер. Но это же не выход из положения. Почему не предусмотреть сохранение только текущих данных, которые не повлияют в целом на работоспособность, если будет разрушение EEPROM? При потере данных из Flash грузим установки по умолчанию. Все остальное, что касается работоспособности программы хранится во Flash. Так надежнее будет работать. ПРЕДЛАГАЮ разместить список ссылок с другими проектами генераторов на AVR.
Тут несколько людей собирали этот генератор (с их слов конечно же), они ничего не говорили по этому поводу, есть ли такая проблема у них или нет...
Подскажите,в данном генераторе есть возможность менять только частоту или скважность тоже?
В характеристика генератора указано, что можно менять частоту, к сожалению возможности менять скованность нет...
парни подскажите по поводу RESET джампера -когда его включить и когда снять..... благодарю
Нормальное состояние джампера - разомкнут.И это скорее всего не джампер, а имелось ввиду разъем для возможности подключения кнопки, с помощью которой можно будет сбрасывать мк, если вдруг чего...

Сегодня на обзоре конструктор генератора DDS (Direct Digital Synthesizers, прямой цифровой синтез - метод получения сигнала напрямую с выхода ЦАП по заранее указанной функции или таблице значений). с китайского магазина. Особо много технической документации нарыть не удалось. Внизу статьи прикреплен файлик с оригинальным описанием.

Характеристики от производителя:

простая схема;
ВЧ выход до 8 МГц;
регулируемая амплитуда и постоянная составляющая на выходе синтезатора;
синтезируемые формы: синус, треугольник, прямая и обратная пила, ЭКГ, шум;
меню на дисплее 16х2;
простая клавиатура из 5 кнопок;
шаг регулировки частоты 1Гц - 10кГц
хранение последних настроек энергонезависимо;
диапазон частот синтезатор 1Гц - 65535Гц;
постоянная составляющая -5В..+5В;
амплитуда до 10В.

Конструктор пришел вот в таком пакете

Вот что внутри

Никакой инструкции не наблюдалось, но, как и обещали, интуитивно всё понятно. Как видно, на плате всё сразу подписано номиналами. Плата, кстати, сделана весьма неплохо.

Можно начинать сборку. Традиционно первыми ставим резисторы. Их номиналы либо проверяем мультиметром, либо выясняем по кольцам. Вот так это выглядит у меня, поставлены резисторы 10к и 20к:

Ставлю не все сразу, чтобы лес выводов внизу не мешал. Вот так установлены и впаяны все резисторы:

Теперь поставим переменный резистор. Он необходим для подстройки контрастности экрана. Заодно вставил кварц.

Теперь установим разъем для дисплейного модуля. Тут надо обратить внимание на 2 момента - разъём при пайке не перегрейте (чтобы не поплавить корпус) и поставить надо как можно более вертикально. У меня получилось вот так.

Заодно смонтируем ответную гребенку в дисплейный модуль. Нюансы из предыдущего пункта в силе.

Разъём питания. Устройству требуется, как видим 3 напряжения: +12, -12, +5 (В). +5В нужен для работы проца и дисплея, +/-12 для выходного усилителя.

Теперь два подстроечных резистора. Будьте внимательны: несмотря на одинаковые корпуса резисторы имеют разные номиналы - 50кОм для регулировки амплитуды и 1кОм для регулировки постоянной составляющей.

Из пайки остались только панельки под микросхемы. Какая для чего - перепутать сложно. Снова не рекомендую перегревать. Обращайте внимание на положение ключа на маркировке и на панельке.

Ставим в панельке две микросхемы. Внимательно следите, чтобы ключ стоял в соответствии с маркировкой. При установке восьминогой LM358 обязательно убедитесь в правильном положении ключа; неправильное положение на 80% приведет к отказу микросхемы. При установке микроконтроллера следите за тем, чтобы все ноги попадали в панельку, при необходимости осторожно подогните выводы. Также я привинтил стойки к плате в средние отверстия для закрепления дисплея.

Осталось установить в разъем дисплей и привинтить к стойкам. В принципе устройство собрано. Вот окончательный вид

В соответствии с надписями надо подать питания. Можно от нескольких батареек (я сделал именно так), можно подключить к блоку питания компьютера. При подаче питания должна загореться подсветка дисплея. Изображения может и не быть, причина в расстроенной контрастности.

Настраиваем контрастность

При правильно настроенной контрастности символы чётко должны быть видны на дисплее

Начнём тестирование. В первую очередь снимем сигнал с правого разъёма DDS

Кнопками UP и DOWN выбирается форма сигнала, LEFT и RIGHT меняем частоту, центральная кнопка включает/выключает генерацию.

Сразу видим, что после 10 кГц синуса уже далеко нет. После 30 кГц падает амплитуда. На частотах ниже 10 кГц синус хороший, частота стабильна, ступенек нет.

Теперь смотрим прямоугольный сигнал, частоты 1, 5, 10 кГц

На частотах выше 10 кГц даже проверять не стану - думаю уже все понятно.

Теперь треугольный сигнал, частоты 1, 5, 10, 30, 65,5 кГц.

Этот проект - качественный и универсальный функциональный генератор, который несмотря на некоторую сложность схемы, по крайней мере в сравнении с более простыми , обладает очень широким функционалом, что оправдывает затраты на его сборку. Он способен выдавать 9 различных форм сигналов, а также работать с синхронизацией импульсов.

Принципиальная схема генератора на МК

Параметры устройства

Частотный диапазон: 10 Гц - 60 кГц
Цифровая регулировка частоты с 3 различными шагами
Формы сигнала: Sine, Triangle, Square, Saw, H-pulse, L-pulse, Burst, Sweep, Noise
Выходной диапазон: 15 В для синуса и треугольника, 0-5 В для других режимов
Имеется выход для синхронизации импульсов

Питание прибора осуществляется от 12 вольт переменки, что обеспечивает достаточно высокое (свыше 18 В) напряжение постоянного тока, необходимое для нормальной эксплуатации 78L15 и 79L15, формирующих двухполярку по 15 В. Это делается для того, чтобы микросхема LF353 могла вывести полный диапазон сигналов на нагрузке 1 кОм.

Регулятор уровня использован ALPS SRBM1L0800. В схеме следует использовать резисторы с погрешностью ±1% допуска или лучше. Ограничители тока светодиодов - резисторы 4306R серии. Яркость может быть увеличена в зависимости от предпочтений исполнителя. Генератор собран в пластиковом корпусе 178x154x36 мм с алюминиевой передней и задней панелями.

Многие контактные компоненты монтируются на передней и задней панелях (кнопки, ручки, разъемы RCA, светодиодные сборки, разъем питания). Печатные платы крепятся к корпусу болтами с пластиковыми прокладками. Все остальные элементы генератора смонтированы на печатных платах - блок питания отдельно. Левая кнопка по середине для изменения режима, правая - для выбора частоты режима.

Генератор вырабатывает различные сигналы и работает в трех режимах, которые выбираются с помощью клавиши "Select" и указываются тремя верхними (на схеме) светодиодами. Поворотный регулятор изменяет параметры сигнала в соответствии со следующей таблицей:

Сразу после настройки в режиме 1 идёт генерация синуса. Однако, начальная частота довольно низкая и по крайней мере один щелчок энкодера необходим, чтобы увеличить его. На плате есть контакт подключения прибора для программирования, что позволяет оперативно изменять функциональность генератора сигналов, если необходимо. Все файлы проекта - прошивки PIC16F870, рисунки плат, находятся

В любой домашней мастерской должен быть необходимый набор инструментов и измерительных приборов. Для людей занимающихся радиолюбительтвом как хобби, зачастую неприемлимы высокие денежные затраты на покупку необходимого оборудования.

Так и в моем случае, список этого оборудования был далеко неполным и в нем нехватало генератора сигналов .

Генератор сигналов оказалось сделать несложно самостоятельно из доступных радиоэлементов и при этом не дорогим в конечном итоге. Так порывшись в интернете было найдено большое количество схем различных генераторов, в том числе и более продвинутых моделей с ЦАП, но уже дорогих в изготовлении. Я же остановился для начала на простом DDS генераторе сигналов на микроконтроллере ATMEGA8 фирмы Atmel. Вот эта , я не стал ничего совершенствовать и изменять - оставил все как есть, просто создал копию и тем более не претендую на авторство данного прибора.

Итак, генератор сигналов обладает неплохими характеристиками и подойдет для решения простых задач.

Вывод информации в генераторе сигналов производится на символьный ЖК дисплей 16х2 с контроллером HD44780. Примечательно,что для экономии портов микроконтроллера ЖК дисплей управляется всего по трем проводам, этого удалось достичь применением регистра сдвига - о том как подключить дисплей по трем проводам, читатйте .

Экономия портов необходима, 8 портов задействованы под резистивный ЦАП, 7 портов под кнопки. В оригинале статьи, автор обещал задействовать и ШИМ модуляцию, но видимо доделывать ее не стал, так как начал разработку более усовершенствованной версии на ATMEGA16.

Принципиальная схема DDS генератора сигналов и печатная плата.

Схема и платы показаны в оригинале, на них так же присутствуют незадействованные автором кнопки для управления ШИМ.

Для ЦАП я специально купил прецизионные резисторы с погрешностью ±0,05%, но как оказалось, вполне достаточно и простых с погрешностью ±5%. Форма сигнала была вполне приемлимой для всех видов сигналов.

Когда генератор собран и программа загружена в микроконтроллер, никаких настроек не требуется, если только отрегулировать контрастность дисплея.

Работать с прибором просто - выбираете форму сигнала, устанавливаете необходимую частоту, при этом можно изменить шаг настройки частоты с пределами в 1 - 10 - 100 - 1000 Гц за шаг. Затем нажимаете на Старт и генератор начинает работать. Следует учесть, что когда генератор запущен, частоту и форму сигнала изменить не получиться, это связано с тем, что программа уходит в бесконечный цикл и для того, чтобы увеличить максимальную частоту генерации, пришлось убрать процедуру опроса кнопок. Для остановки генерации нажимаем на стоп/сброс, это перезапускает программу и она возвращается к меню настроек. Вот такой вот нюанс.

Отдельно хочу рассказать про изготовление корпуса для генератора. Можно приобрести готовый корпус в магазине или использовать подходящий от какого либо другого устройства, но я решил сделать его полностью сам. Как раз без дела лежал кусок двухстороннего стеклотекстолита, который я пожертвовал на корпус.

Для начала необходимо произвести все замеры, габариты ЖК дисплея и платы генератора сигналов, источника питания, разъемов и кнопок, затем, на листе бумаги расположить это так, как будет находится внутри корпуса. По полученным размерам можно приступить к изготовлению.

Статьи по теме