Сигнал на выходе этого генератора имеет форму, совпадающую с кривой, "нарисованной" пользователем на экране графического ЖКИ с разрешением 128x64 пкс. Такой генератор пригодится для проверки различных электронных приборов. С его помощью можно, например, подобрать форму сигналов самого необычного тембра для электромузыкальных инструментов.
Рис. 1
Частоту повторения "нарисованной" кривой на выходе генератора можно менять от 0,2 до 7500 Гц и даже выше, если на экране нарисовать не один, а несколько периодов. Например, если нарисовать 64 импульса, то их частоту можно изменять примерно от 12,8 Гц до 470 кГц.
Нижний край экрана индикатора соответствует нулевому напряжению на первом выходе генератора, а верхний - максимальному положительному, которое имеющимся в генераторе регулятором можно изменять от 0 приблизительно до +3,5 В. Сигнал на втором выходе отличается тем, что в нём отсутствует постоянная составляющая. Кроме того, на этом выходе при низкой частоте повторения кривой возможно искажение её формы.
Генератор можно питать от любого источника стабилизированного постоянного напряжения 5 В. Потребляет он всего 18 мА. В момент выключения питания форма имеющейся на экране кривой сохраняется в цифровом виде в энергонезависимой памяти микроконтроллера, а при его включении она восстанавливается.
Схема генератора показана на рис. 1. Основные его детали - микроконтроллер DD1 (PIC16F873A-I/P) и графический ЖКИ HG1 (МТ-12864J-2FLA). Описание индикатора можно найти в [1], а особенности его стыковки с микроконтроллером - в [2].
Тактовая частота микроконтроллера 20 МГц задана кварцевым резонатором ZQ1. Цепь R1C1 предназначена для установки микроконтроллера в исходное состояние при включении питания, а диод VD1 обеспечивает быструю разрядку конденсатора C1 после выключения питания. Кнопками SB1-SB3 управляют генератором.
Двоичные коды хранящихся в памяти отсчётов "нарисованного" на экране ЖКИ сигнала микроконтроллер с заданной частотой выводит на выходы RA0- RA5. Резистор R2 служит нагрузкой выхода RA4, который, в отличие от других выходов микроконтроллера, выполнен по схеме с открытым стоком.
К выходам RA0-RA5 подключён преобразователь двоичного кода в пропорциональное его значению напряжение, собранный из резисторов R3-R8. Обратите внимание, что каждый из резисторов здесь имеет сопротивление, вдвое меньшее, чем предыдущий. Это необходимо для правильного преобразования и должно строго соблюдаться. Однако сопротивление резистора R7 немного меньше расчётного, равного 6 кОм, что частично компенсирует влияние резистора R2 на характеристику преобразования.
Резисторы R3-R8 указанного на схеме сопротивления необходимо подобрать с максимально возможной точностью из числа ближайших стандартных номиналов. Измерять их сопротивление в процессе подборки следует одним и тем же цифровым прибором.
Чем меньше требуемое сопротивление резистора, тем с большей точностью его нужно подбирать. Для облегчения подборки можно составлять каждый резистор из двух, соединённых последовательно. Один из них должен иметь сопротивление, близкое к требуемому, но меньшее его, а второй - добавлять оставшееся.
Эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 устраняет влияние нагрузки генератора на работу преобразователя кода в напряжение. Резистор R9 устанавливает рабочую точку транзистора так, чтобы при низких уровнях напряжения одновременно на всех выходах RA0-RA5 напряжение на эмиттере транзистора было максимально близким к нулю, но он оставался в активном режиме. Этим устраняются искажения нижней (на экране ЖКИ) части "нарисованного" сигнала. Конденсатор C5 сглаживает ступеньки сформированного цифровым способом сигнала. При работе с низкочастотными сигналами его ёмкость может потребоваться увеличить в несколько раз, а с высокочастотными - уменьшить.
Переменным резистором R10 регулируют амплитуду выходного сигнала. Резистор R12 защищает транзистор от повреждения при случайном замыкании выхода 1 на общий провод, когда движок переменного резистора находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор C6 не пропускает на выход 2 постоянную составляющую генерируемого сигнала.
Конденсатор C4 - блокировочный в цепи питания генератора, а подборкой резистора R11 добиваются наилучшей контрастности изображения на экране индикатора.
Рис. 2
Генератор собран в корпусе размерами 80x60x24 мм и по конструкции аналогичен карманному осциллографу, описанному в [3]. Внешний вид генератора показан на рис. 2. При первом включении прибора с только что запрограммированным микроконтроллером в нижней части экрана ЖКИ будет выведена прямая линия. В дальнейшем - это кривая заданной в предыдущем сеансе работы формы.
Работу начинают с нажатия на одну из кнопок генератора. После нажатия на кнопку SB1 на выходах генератора появляется сигнал изображённой на экране формы. Нажатием на SB2 переходят в режим изменения его частоты, а нажатием на кнопку SB3 - в режим ввода или корректировки формы кривой на экране.
В режиме изменения частоты кнопкой SB1 уменьшают её значение, а кнопкой SB3 увеличивают его. Начальная частота равна 476 Гц. Всего имеются 511 фиксированных значений частоты, лежащих в указанном ранее диапазоне.
Сразу после входа в режим ввода и корректировки кривой условный курсор всегда находится на первой слева её точке. При нажатой кнопке SB3 точка перемещается вверх по экрану, а достигнув верхней границы экрана, появляется снизу. С отпусканием кнопки точка останавливается. Установив в нужное положение первую точку, нажатием на кнопку SB2 переходят ко второй, установив и её, переходят к третьей и так далее. За точкой 128 на правом краю экрана последует точка 1 на его левом краю.
Нарисовав описанным способом желаемую форму сигнала, включают генератор нажатием на кнопку SB1. При этом введённая кривая будет записана в энергонезависимую память (EEPROM) микроконтроллера. Поэтому после выключения питания прибора и его нового включения повторно вводить её не придётся.
Рис. 3
Сигнал можно услышать в головных телефонах, подключив их к выходу генератора, или увидеть на экране осциллографа (рис. 3). Скорость развёртки осциллографа была установлена равной 0,2 мс/дел., а чувствительность его канала вертикального отклонения - 0,5 В/дел.
Литература:
1. Жидкокристаллический модуль MT-12864J. - http://www.melt.com.ru/files/file2150172.5.pdf.
2. Милевский А. Использование графического ЖКИ МТ-12864А с микроконтроллером фирмы Microchip. - Радио, 2009, № 6, с. 28-31.
3. Пичугов. А. Карманный осциллограф. - Радио, 2013, № 10, с. 20, 21.
Программу микроконтроллера можно скачать здесь.
Автор: А. Пичугов, пос. Варгаши Курганской обл.