Функциональный dds rенератор на плис. Функциональный генератор НЧ сигналов на основе DDS с применением контроллера AVR ATMega16 Функциональный генератор своими руками на микроконтроллере

Данный DDS функциональный генератор (версия 2.0) сигналов собран на микроконтроллере AVR, обладает хорошей функциональностью, имеет амплитудный контроль, а также собран на односторонней печатной плате.

Данный генератор базируется на алгоритме DDS-генератора Jesper , программа была модернизирована под AVR-GCC C с вставками кода на ассемблере. Генератор имеет два выходных сигнала: первый - DDS сигналы, второй - высокоскоростной (1..8МГц) "прямоугольный" выход, который может использоваться для оживления МК с неправильными фузами и для других целей.
Высокоскоростной сигнал HS (High Speed) берется напрямую с микроконтроллера Atmega16 OC1A (PD5).
DDS-сигналы формируются с других выходов МК через резистивную R2R-матрицу и через микросхему LM358N, которая позволяет осуществить регулировку амплитуды (Amplitude) сигнала и смещение (Offset). Смещение и амплитуда регулируются при помощи двух потенциометров. Смещение может регулироваться в диапазоне +5В..-5В, а амплитуда 0...10В. Частота DDS-сигналов может регулироваться в пределах 0... 65534 Гц, это более чем достаточно для тестирования аудио-схем и других радиолюбительских задач.

Основные характеристики DDS-генератора V2.0:
- простая схема с распространенными и недорогими радиоэлементами;
- односторонняя печатная плата;
- встроенный блок питания;
- отдельный высокоскоростной выход (HS) до 8МГц;
- DDS-сигналы с изменяемой амплитудой и смещением;
- DDS-сигналы: синус, прямоугольник, пила и реверсивная пила, треугольник, ЭКГ-сигнал и сигнал шума;
- 2×16 LCD экран;
- интуитивная 5-ти кнопочная клавиатура;
- шаги для регулировки частоты: 1, 10, 100, 1000, 10000 Гц;
- запоминание последнего состояния после включения питания.

На представленной ниже блок-схеме, приведена логическая структура функционального генератора:

Как вы можете видеть, устройство требует наличие нескольких питающих напряжений: +5В, -12В, +12В. Напряжения +12В и -12В используются для регулирования амплитуды сигнала и смещения. Блок питания сконструирован с использованием трансформатора и нескольких микросхем стабилизаторов напряжения:

Блок питания собран на отдельной плате:

Если самому собирать блок питания нет желания, то можно использовать обычный ATX блок питания от компьютера, где уже присутствуют все необходимые напряжения. Разводка ATX разъема .

LCD-экран

Все действия отображаются через LCD-экранчик. Управление генератором осуществляется пятью клавишами

Клавиши вверх/вниз используются для перемещения по меню, клавиши влево/вправо для изменения значения частоты. Когда центральная клавиша нажата - начинается генерирование выбранного сигнала. Повторное нажатие клавиши останавливает генератор.

Для установки шага изменения частоты предусмотрено отдельное значение. Это удобно, если вам необходимо менять частоту в широких пределах.

Генератор шума не имеет каких-либо настроек. Для него используется обычная функция rand() непрерывно подающиеся на выход DDS-генератора.

Высокоскоростной выход HS имеет 4 режима частоты: 1, 2, 4 и 8 МГц.

Принципиальная схема

Схема функционального генератора простая и содержит легкодоступные элементы:
- микроконтроллер AVR Atmega16, с внешним кварцем на 16 МГц;
- стандартный HD44780-типа LCD-экранчик 2×16;
- R2R-матрица ЦАП из обычных резисторов;
- операционный усилитель LM358N (отечественный аналог КР1040УД1);
- два потенциометра;
- пять клавиш;
- несколько разъемов.

Плата:

Функциональный генератор собран в пластиковом боксе:

Программное обеспечение

Как я уже говорил выше, в основе своей программы я использовал алгоритм DDS-генератора Jesper . Я добавил несколько строчек кода на ассемблере для реализации останова генерирования. Теперь алгоритм содержит 10 ЦПУ циклов, вместо 9.

void static inline Signal_OUT(const uint8_t *signal, uint8_t ad2, uint8_t ad1, uint8_t ad0){
asm volatile("eor r18, r18 ;r18<-0″ "\n\t"
"eor r19, r19 ;r19<-0″ "\n\t"
"1:" "\n\t"
"add r18, %0 ;1 cycle" "\n\t"
"adc r19, %1 ;1 cycle" "\n\t"
"adc %A3, %2 ;1 cycle" "\n\t"
"lpm ;3 cycles" "\n\t"
"out %4, __tmp_reg__ ;1 cycle" "\n\t"
"sbis %5, 2 ;1 cycle if no skip" "\n\t"
"rjmp 1b ;2 cycles. Total 10 cycles" "\n\t"
:
:"r" (ad0),"r" (ad1),"r" (ad2),"e" (signal),"I" (_SFR_IO_ADDR(PORTA)), "I" (_SFR_IO_ADDR(SPCR))
:"r18″, "r19″
);}

Таблица форм DDS-сигналов размещена во флэш памяти МК, адрес которой начинается с 0xXX00. Эти секции определены в makefile, в соответствующих местах в памяти:
#Define sections where to store signal tables
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection1=0x3A00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection2=0x3B00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection3=0x3C00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection4=0x3D00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection5=0x3E00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection6=0x3F00

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 .

Всем доброго времени суток!
Сегодня хочу представить вниманию читателей обзор генератора сигналов произвольной формы JDS6600.
Данная модель генератора способна выводить информацию на цветной TTF дисплей 2,4 inch, выдавать сигнал на два независимых канала частотой до 15 МГц синусоидальной, прямоугольной, треугольной формы и частотой до 6МГц сигналов CMOS/TTL логики, импульсов и сигналов произвольной формы с размахом от 0 до 20 Вольт, имеет вход для измерения частоты, периода, длительности, скважности. Прибор позволяет изменять фазу сигнала от 0 до 359,9 градусов с шагом в 0,1 градуса, смещать сигнал от -9,99 до + 9,99 Вольт (в зависимости от амплитуды сигнала). В памяти генератора прописаны 17 стандартных сигналов, а так же имеется возможность редактировать (создавать/рисовать) необходимую форму сигнала и записывать в 60 ячеек памяти.
Генератор много чего может и, как радиогубитель средней руки, вряд ли всем буду пользоваться.
В линейке генераторов JDS6600 пять модификаций прибора с диапазонами частот – 15 МГц, 30 МГц, 40 МГц, 50 МГц и 60 МГц. В обзоре младшая модель – 15 МГц.
За подробностями приглашаю под кат (много фото).
Начну, пожалуй, не с красивых картинок, а с фотографии, которая дает представление о настольном или полочном рабочем позиционировании генератора с указанием габаритных размеров и таблицы с характеристиками всей линейки генераторов серии JDS6600. Таблица взята из мануала.

Мануал на русском языке можно изучить и .
Габаритные размеры в мануале немно другие, но один-два миллиметра роли не играют.
Приехал прибор в неказистой коробке, которую почта/таможня слегка повредила, но к содержимому отнеслись с почтением – все цело и ничего не потеряли.

Комплект состоит из генератора, блока питания 5 Вольт 2 Ампера с заграничной вилкой, весьма приличного сетевого переходника, диска с ПО, кабеля для подключения к ПК и двух шнуров BNS-крокодилы. Генератор был замотан в пупырку, а все остальные составляющие упакованы в индивидуальные пакеты.

Подключение по USB в качестве источника питания тут не предполагается и потому БП с обычным штекером 2,1*5,5*10 мм. Но позже мы попробуем запитать генератор от другого БП, чтобы выяснить ток потребления на случай питания от Powerank.

Кабель USB тип A - USB тип B для подключения генератора к ПК длиной 1,55 метра.

Шнуры BNS-крокодилы длиной 1,1 метра, с гибкими проводами, припаянными к крокодилам.

Ну, и собственно, виновник обзора в разных ракурсах.
На передней панели расположились кнопка вкл/выкл, экран, ряд серых кнопок справа от него для управления параметрами сигнала, выбора режимов измерений и модуляции, кнопка WAVE выбора вида генерируемого сигнала, MOD активации режима модуляции, SYS системных установок, MEAS выбора режима измерений, стрелки выбора разряда значения частоты и т.д., кнопка ОК для подтверждения кучи всего и включения/отключения двух каналов, СН1/2 кнопки включения/выключения каждого канала, энкодер, измерительный вход и выходы двух каналов.
На тыльной стороне TTL коннектор, разъемы USB и питания, наклейка с наименованием модели и модификации 15М (15МГц), вентиляционные отверстия.

На боковых гранях кроме вентиляционных щелей ничего интересного. Верхняя крышка глухая.

Снизу четыре пластиковые черные ножки, к сожалению скользящие по столу, и откидывающаяся подставка для удобства.

Ножки потом, пожалуй, заменю нескользящими.
Вес генератора 542 грамма и большую часть видимо весит сам корпус.
Заглянем внутрь. Для этого откручиваем четыре длинных самореза снизу, отщелкиваем пластиковой картой переднюю панель, снимаем верхнюю часть корпуса и перед нами внутренний мир генератора.

Как и предполагал, места внутри предостаточно. Блок питания легко бы мог поместиться внутри корпуса, но видимо на его внешний вариант есть свои причины.
Платы соединены шлейфом, разъемы которого плотно сидят в гнездах.
Плата генератора чистая, будто и не пачкали флюсом.

При первом приближении на плате видим, что компонентов довольно много. Из выдающихся – чип мозговой деятельности фирмы Lattice, релюшки Omron, небольшой радиатор, логотип, наименование производителя и модели с ревизией – JDS6600Rev.11. Номер ревизии дает основание полагать, что производитель основательно занимается моделью, постоянно ее совершенствуя.

Заранее извиняюсь, что в этот раз не приведу даташиты на все ключевые элементы, но все их покажу ближе.
За мозговую деятельность отвечает программируемый чип
.

Остальное уберу под спойлер.

Чуть подробнее остановлюсь на компонентах скрытых под радиатором. Это пара высокоскоростных усилителей .

Радиатором их накрыли без термопасты, может и не критично, но при сборке ее добавил.
Плата управления вмещает куда меньше элементов. Следы флюса только в местах ручной пайки кнопки вкл/выкл, энкодера, шлейфа дисплея и разъема.

Кнопки тут вполне себе механические и должны служить долго.

Переходим к сути устройства.
Включение генератора сопровождается сообщением на экране о выборе языка – китайского или английского, процессе загрузки, модели, номере партии. Загрузка длится буквально 1-2 секунды.

Сразу после загрузки на экране появляется информация о предустановленных сигналах подаваемых на оба выхода генератора. Об активности выходов генератора свидетельствует надпись ON на экране и свечение зеленых светодиодов над разъемами выходов. Выключить оба выхода сразу можно нажатием кнопки ОК или по отдельности каждый канал кнопками СН1/2.
Информация о параметрах сигналов на каналах идентична для первого (верхнего) и второго (нижнего) каналов за исключением изображения формы сигнала.

В целом на освоение генератора уходит не так уж много времени, назначение и смысл кнопок интуитивно понятно. Описать словами так, чтобы было понятно читателям сложнее, чем пользоваться в реальности. Посему воспользуемся картинками из манула.
Еще раз о назначении органов управления, отображения информации.

Суть отображаемой информации и кнопок справа от экрана.

Назначение функциональных кнопок

После включения на двух выходах по умолчанию присутствует синусоидальный сигнал частотой 10 кГц, размахом 5 Вольт, заполнением 50%, смещением 0 Вольт и фазовым сдвигом между каналами 0 градусов. Серыми кнопками справа эти параметры меняются и рассказывать тут особо нечего. Выбрали нужный параметр, далее кнопками со стрелками выбрали разряд изменяемого параметра и энкодером меняем значение.
Наибольший интерес вызывают кнопки WAVE выбора вида генерируемого сигнала, MOD активации режима модуляции, SYS системных установок, MEAS выбора режима измерений.
При нажатии на кнопку WAVE на экране появляется следующее изображение и становится доступен выбор формы сигнала.

К серым кнопкам привязаны 4 основных сигнала (синусоида, меандр, импульс, треугольник) и произвольная форма, прописанная в первой ячейке памяти, зарезервированной для этого.
Гораздо большее количество сигналов можно выбрать, вращая ручку энкодера. Этот способ дает возможность выбрать:
17 предустановленных сигналов – Sine, Sguare, Pulse, Triangle, PartialSine, CMOS, DC, Half-Wave, Full-Wave, Pos-Ladder, Neg-Ladder, Noise, Exp-Rise, Exp-Decay, Multi-Tone, Sinc, Lorenz
и 15 произвольных сигналов Arbitrary. С завода эти 15 ячеек пустые, в них ничего не записано – на выходе 0 Вольт, 0 Герц. Их заполнение рассмотрим после установки ПО.
В мануале идет речь о амплитуде сигнала и ее регулировке от 0 до 20 Вольт. На самом деле о регулировке амплитуды можно говорить только для отдельных сигналов, в основном речь идет о размахе.

Синусоида размахом 5В (на генераторе ampl 5V, осциллограф показывает значение размаха, хоть и пишет про амплитуду).

Меандр 5В (на генераторе ampl 5V, осциллограф показывает значение размаха, но пишет про амплитуду).

Разницы между Sguare и Pulse на осциллограмме не заметил. Как был меандр, так и остается при переключении, поэтому скрин не выкладываю.
Исправлено благодаря qu1ck
До тех пор не видно разницы пока не начнешь менять коэффициент заполнения DUTY. DUTY меняется только в Pulse, в режиме меандр Sguare коэффициент заполнения меняется только на экране генератора - на осциллограмме это никак не отражается.

Треугольный сигнал (на генераторе ampl 5V, осциллограф показывает значение размаха, но пишет про амплитуду).

Следующий сигнал Partial Sine – частичный синус, но разницы с Sineна осциллограмме так же не заметил и скрин не выкладываю.
Исправлено благодаря qu1ck
Здесь ситуация, как и с сигналом Pulse, изменяем коэффициент заполнения и получаем изменения синусоиды. DUTY меняется только в Partial Sine, в режиме Sine коэффициент заполнения меняется только на экране генератора - на осциллограмме это никак не отражается.

Следующий сигнал CMOS.Здесь размах/амплитуда регулируется от 0,5 до 10 Вольт, несмотря на то что ручкой энкодера на экране выставляется до 20 Вольт.

Следующим идет сигнал DC, но на осциллограмме тишина.

Далее сигнал Half-Wave вот тут как раз мы видим амплитуду. Для сравнения на втором канале установил синусоиду. Хоть на генераторе указана амплитуда 5 вольт и осциллограф пишет ampl, но мы видим, что как раз измеряется размах синусоиды и амплитуда Half-Wave.

На Full-Wave так же видим измерение амплитуды и, при установленной частоте на генераторе 10 кГц, 20 кГц по осциллограмме.

Сигналы Pos-Ladder и Neg-Ladder задал на первом и втором каналах, соответственно. Снова видим размах.

Шумы на обоих каналах шумят независимо друг от друга с разными параметрами.

Снова для наглядности и экономии времени читателей сигналы Exp-Rise и Exp-Decay на разных каналах.

По той же схеме Multi-Tone и Sinc.

Сигналы Lorenz.

Что можно сказать исходя из вышеприведенных скринов предустановленных сигналов?
1. Есть треугольник, но нет пилы;
2. Измеряемая амплитуда/размах на разных сигналах даже на двух каналах одновременно отличается от установленных на генераторе 5 Вольт.
3. Не заметил разницы между Sguare и Pulse, Partial Sine и Sine

Следующая полезная функция прибора – функция измерения/счетчика. Прибор позволяет измерять сигнал частотой до 100 МГц. Активируется функция кнопкой Meas. Переключение между измерениями и счетчиком можно сделать тремя способами – кнопкой Funk, кнопками со стрелками и энкодером.

Кнопкой Coup выбираем открытый или закрытый вход, кнопкой Mode – частоту или периоды подсчета.
Обозреваемый JDS6600 позволяет измерять то, что он же и генерирует. Задаем параметры сигнала на выходе генератора и подключаем к измерительному входу.

Следующая функция модуляции. Активируется кнопкой MOD. Здесь доступны три режима: генератор качающейся частоты - Sweep Frequency, генератор импульсов – Pulse Generator и генератор пачки импульсов – Burst. Режимы выбираются кнопкой Func.
Свипирование возможно на двух каналах, но не одновременно - либо первый, либо второй.

Стрелками или энкодером выбираем канал, устанавливаем начальную и конечную частоту сигнала (форму сигнала выбираем заранее в режиме Wave), линейную или логарифмическую зависимость и включаем ON.
Логарифмическая.

Линейная

Режим Pulse Generator (только первый канал).

Режим генерации пачек импульсов Burst (первый канал).

Здесь можно задать количество импульсов в пачке от 1 до 1 048 575 и выбрать режимы
Две пачки импульсов

Сто пачек импульсов

471 пачка.

Обратите внимание на изменение Vmin, Vmax с ростом количества пачек. При малом их количестве импульсы имеют отрицательную полярность, дальше картина иная. Кто может объяснить, прошу прояснить в комментариях.
Исправлено благодаря qu1ck , который указал на ошибку в выборе режима AC coupling на осциллографе. При изменении на DC все встало на свои места, за что прошу отметиться в карме qu1ck.

В режиме Burst четыре вида синхронизации (Как я понял. Если ошибаюсь поправьте) – от второго канала генератора – CH2 Trig, внешняя синхронизация – Ext.Trig (AC) и Ext.Trig (DC) и Manual Trig – ручная.
Следующая функциональная кнопка – это кнопка SYS, открывающая доступ к установкам генератора. Возможно следовало описать эту часть в начале, но двигался по наибольшей востребованности функций.

Кроме включения/отключения звуковых сигналов при нажатии кнопок, регулировки яркости экрана, выбора языка (китайский, английский) и сброса до заводских настроек, здесь можно поменять количество отображаемых/вызываемых ячеек произвольных сигналов (с завода 15, можно установить все 60), загрузить/записать 100 ячеек памяти и синхронизировать каналы по форме сигнала, частоте, амплитуде (размаху), заполнению, смещению.

Суть 60 ячеек и 100 ячеек станет понятна чуть позже, после подключения к ПК.
Для подключения генератора к компьютеру необходимо с диска из комплекта установить ПО.
Распаковав архив, сначала нужно установить драйвер CH340Q из папки h340 drive (архив Ch340.rar), далее установить программый драйвер VISA из папки VISA (установщик setup.exe), а уже потом установщик управляющей программы из папки English\JDS6600 application\Setup.exe
При подключенном к компьютеру генераторе и запуске программы необходимо выбрать виртуальный СОМ, куда подключен прибор и кликнуть кнопку Connect. Если порт выбран правильно, то увидим такую картинку.

Оболочка интерфейса представлена четырьмя вкладками – первая Configuration для соединения c ПК.
Вторая вкладка – Control Panel – панель управления генератором. Здесь все тоже самое, что и при управлении с лицевой панели прибора, но гораздо удобнее.

Все опции собраны на одном экране и привычные манипуляции мышью очень облегчают манипуляции с генератором. Кроме того, на этой вкладке одновременно с операциями над сигналами доступна синхронизация каналом, что с лицевой панели генератора нужно было делать через системные настройки генератора.
Далее вкладка Extend Function – аналог действиям кнопок MEAS и MOD на лицевой панели прибора, только на одном экране. Но есть и разница – не нашлось места в виртуальной среде для функции Pulse Generator в режиме Modulation Mode (MOD). С лицевой панели в режиме MOD доступны три функции – качения частоты, генератор импульсов и генератор пачек импульсов. С компьютера доступны только Sweep Frequency и Burst.

И последняя вкладка Arbitrary позволяет создавать свои формы сигналов и записывать их в изначально пустые ячейки памяти генератора (60 штук).

Можно начать с чистого листа, как на скрине выше, а можно взять за основу предустановленный сигнал (17 штук) и изголяться над ним, а потом записать в одну из 60 ячеек произвольных сигналов.

Для наглядности записал в ячейку памяти Arbitrary 01 такой сигнал.

И на осциллограмме видим следующее:

Здесь можно поменять амплитуду, смещение, фазу, но почему-то нельзя изменить коэффициент заполнения.
Вот теперь хочу вернуться к 60 и 100 ячейкам. Методом научного тыка и сравнений результатов вычислил, что кнопкой SYS на панели генератора можно открыть и сделать доступными до 60 ячеек произвольных сигналов (с завода 15), которые можно создать с помощью ПО и записать их в эти 60 ячеек.
Таким образом, становится доступны с панели генератора и вкладки Control Panel 17 стандартных и 60 произвольных сигналов.
Но, если и этот набор не достаточен, если какие-то сигналы Вами востребованы, а каких-то нет вообще (как, например, отсутствие прямой и обратной пил) и их нельзя создать с помощью ПО (например, из-за невозможности манипуляций с коэффициентом заполнения из программной оболочки), то новый сигнал можно создать с панели генератора, изменив любой параметр. Далее нужно в меню SYS выбрать номер ячейки от 00 до 99 (те самые 100) и кнопкой SAVE записать сигнал в эту ячейку. Теперь, когда он Вам понадобится, заходим в SYS, выбираем номер ячейки с этим сигналом и кнопкой LOAD загружаем его из памяти.
Т.е. по факту можно использовать 177 сигналов!!! 17 предустановленных + 60 произвольных + 100 загружаемых из памяти, когда это требуется.

В завершающей части обзора посмотрим, до каких частот генератор сохраняет приличные формы сигнала.
Синусоида 100 кГц 5В и 1 МГц 5В.

Синусоида 6 МГц 5В и 10 МГц 5В

Как видим, имеет место снижение размаха сигнала и оно не зависит от величины нагрузки. Без нагрузки вовсе, 1 кОм, 10 кОм, 47 кОм – снижение размаха есть всегда, но всегда в районе 0,5 Вольта.
В районе 13 МГц размах снижается на 0,7 вольт, но далее, при установленных 5 Вольтах размаха, падение не увеличивается.

Синусоида 15 МГц 10 Вольт – тут снижение размаха уже больше. Но это уже 15 МГц.

Дальше была выявлена особенность генератора JDS6600-15M – заявленная амплитуда в 20 Вольт, касается только сигналов (любой формы) частотой до 10 МГц. Ожидаемо амплитуда/размах ниже установленных значений. Щуп 1/10.

В диапазоне 10-15 МГц максимально возможная амплитуда/размах составляет 10 Вольт. Энкодером или в программе устанавливаем 20 Вольт (на экране генератора видим установленные 20 Вольт), потом частоту выше 10 МГц и показания амплитуды на экране прибора переключаются на 10 Вольт. Соответственно на выходе 10 Вольт. Такая особенность.

С формой синусоиды будто бы все в порядке, посмотрим меандр.
10 кГц 5В и 100 кГц 5В.

1МГц 5В и 6 Мгц 5 В.

6МГц 10В и 6 МГц 20В.
Здесь уже видно, что на высоких частотах меандр стремится к синусоиде, что присуще многим генераторам.

Треугольник 100 кГц 5В и 1 МГц 5В.

С повышением частоты и амплитуды форма сигнала начинает изменяться.
5 МГц 5В и 5 МГц 12В.

Формы сигналов на больших частотах далеки от идеальных, но к этому был готов. Опытным людям цена прибора многое скажет, для не искушенных пользователей материал изложил – надеюсь, он будет полезен. В описании генератора присутствует маркетинг и я, наверняка изложил, не все, что можно выжать из прибора, но основное показал. Возможно, старшие модели в линейке 6600 грешат меньше, но и стоят они дороже. Предоставленный экземпляр можно охарактеризовать как, генератор начального, бюджетного уровня для своего круга задач – ознакомление, обучение, радиолюбительство, быть может, какое-то не особо сложное и требовательное производство.
Из минусов отмечу снижение амплитуды/размаха сигнала с ростом частоты, отсутствие пил (но можно самому сгенерировать, изменив коэффициент заполнения и записав в ячейку).
Разработчику хотелось бы пожелать не увлекаться маркетингом, допилить чуть ПО.
Из плюсов все таки широкий фукнционал, возможность редактировать сигналы, записывать их в ячейки памяти, интуитивно понятное управление, два независимых канала.
В завершении замена штатного блока питания и измерение тока потребления.

Ток потребления не превышает одного Ампера и можно питать генератор от Power bank, обзаведясь соответствующим шнуром.
Если чего то не показал, то формулируйте подробный вопрос - генератор на столе, проведу опыт.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +14 Добавить в избранное Обзор понравился +42 +55

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.

Максимальная частота - 65534 Гц (и до 8 МГц HS выход с меандром). И тут я подумал, что генератор - отличная задача, где ПЛИС сможет показать себя в лучшем виде. В качестве спортивного интереса я решил повторить проект на ПЛИС, при этом по срокам уложиться в два выходных дня, а параметры получить не строго определенные, а максимально возможные. Что из этого получилось, можно узнать под катом

День нулевой

До того, как наступят выходные, у меня было немного времени подумать над реализацией. Чтобы упростить себе задачу, решил сделать генератор не в виде отдельного устройства с кнопками и LCD экраном, а в виде устройства, которое подключается к ПК через USB. Для этого у меня есть плата USB2RS232 . Плата драйверов не требует (CDC), поэтому, я думаю, что и под Linux будет работать (для кого-то это важно). Так же, не буду скрывать, что с приемом сообщений по RS232 я уже работал. Модули для работы с RS232 буду брать готовые c opencores.com .

Для генерации синусоидального сигнала потребуется ЦАП. Тип ЦАП я выбрал, как и в исходном проекте - R2R на 8 бит. Он позволит работать на высоких частотах, порядка мегагерц. Убежден, что ПЛИС с этим должна справиться

По поводу того, на чем написать программу для передачи данных через COM порт я задумался. С одной стороны, можно написать на Delphi7, опыт написания такой программы уже есть, к тому же размер исполняемого файла будет не большим. Еще попробовал набросать что-то для работы с Serial в виде java скрипта в html страничке, но более менее заработало только через Chrome serial API, но для этого надо устанавливать плагин… в общем тоже отпадает. В качестве новшества для себя попробовал PyQt5, но при распространении такого проекта, нужно тащить кучу библиотек. Попробовав собрать PyQt проект в exe файл, получилось больше 10 мб. То есть, будет ничем не лучше приложения, написанного на c++\Qt5. Стоит еще учесть, что опыта разработки на python у меня нет, а вот на Qt5 - есть. Поэтому выбор пал на Qt5. С пятой версии там появился модуль для работы с serial и я с ним уже работал. А еще приложение на Qt5 может быть перенесено на Linux и Mac (для кого-то это важно), а с 5.2 версии, приложения на QWidgets может быть перенесено даже на смартфон!

Что еще нужно? Естественно плата с ПЛИС. У меня их две (Cyclone iv EP4CE10E22C8N на 10 тыс. ячеек, и Cyclone ii EP2C5 на 5 тыс. ячеек). Я выберу ту, что слева, исключительно по причине более удобного разъема. В плане объема проект не предполагает быть большим, поэтому уместится в любую из двух. По скорости работы они не отличаются. Обе платы имеют «на борту» генераторы 50 МГц, а внутри ПЛИС есть PLL , с помощью которого я смогу увеличить частоту до запланированных 200 МГц.

День первый

В связи с тем, что модуль DDS я уже делал в своем синтезаторном проекте, то я сразу взялся за паяльник и начал паять ЦАП на резисторах. Плату взял макетную. Монтаж делал с применением накрутки . Единственное изменение, которое коснулось технологии - я отказался от кислоты Ф38Н для лужения стоек в пользу индикаторного флюс-геля ТТ . Суть технологии проста: в печатную плату впаиваю стойки, на них со стороны печатного монтажа припаиваю резисторы. Недостающие соединения выполняю накруткой. Еще, стойки удобны тем, что я их могу вставить прямо в плату ПЛИС.

К сожалению, дома в наличии не оказалось резисторов 1 и 2 килоома. Ехать в магазин было некогда. Пришлось поступиться одним из своих правил, и выпаять резисторы из старой не нужной платы. Там применялись резисторы 15К и 30К. Получился вот такой франкенштейн:

После создания проекта нужно задать целевое устройство: Меню Assigments -> Device

В проекте я «нахадркодил» неуправляемый главный модуль DDS на фиксированную частоту.

Модуль генератора на 1000 Гц

module signal_generator(clk50M, signal_out); input wire clk50M; output wire signal_out; wire clk200M; osc osc_200M reg accumulator; assign signal_out = accumulator; //пробуем генерировать 1000 Гц //50 000 000 Hz - тактовая частота внешнего генератора //2^32 = 4 294 967 296 - разрядность DDS - 32 бита //делим 1000Hz / 50 000 000 Hz / 2 * 4294967296 => 42949,67296 always @(posedge clk50M) begin accumulator <= accumulator + 32"d42949; end endmodule

После этого нажал «Start Compilation», чтобы среда разработки задалась вопросом, какие у нас линии ввода вывода есть в главном модуле проекта и к каким физическим PIN"s они подключены. Подключить можно практически к любому. После компиляции назначаем появившиеся линии к реальным PIN микросхемы ПЛИС:

Пункт меню Assigments -> Pin Planner

На линии HS_OUT, key0 и key1 прошу пока не обращать внимание, они появляются в проекте потом, но скрин в самом начале я сделать не успел.

В принципе, достаточно «прописать» только PIN_nn в столбце Location, а остальные параметры (I/O standart, Current Strench и Slew Rate) можно оставить по умолчанию, либо выбрать такие же, что предлагаются по умолчанию (default), чтобы не было warning"ов.

Как узнать какому PIN соответствует номер разъема на плате?

Номера контактов разъема подписаны на плате

А пины ПЛИС, к которым подключены контакты разъема, описаны в документации, которая идет в комплекте с платой ПЛИС.

После того, как пины назначены, компилирую проект еще раз и прошиваю с помощью USB программатора. Если у вас не установлены драйверы для программатора USB Byte blaster, то укажите Windows, что они находятся в папке, куда у вас установлен Quartus. Дальше она сама найдет.

Подключать программатор нужно к разъему JTAG. А пункт меню для программирования «Tools -> Programmer» (либо нажать значек на панели инструментов). Кнопка «Start», радостное «Success» и прошивка уже внутри ПЛИС и уже работает. Только не выключайте ПЛИС, а то она все забудет.

Tools -> Programmer

ЦАП подключен к разъему платы ПЛИС. К выходу ЦАП подключаю осциллограф С1-112А. В результате должна получиться «пила» потому что на выход 8 бит выводится старшая часть слова DDS аккумулятора фазы. А оно всегда увеличивается, пока не переполнится.

Каких-то 1.5 часа и для частоты в 1000 Гц я вижу следующую осциллограмму:

Хочу заметить, что «пила» по середине имеет небольшой перелом. Он связан с тем, что резисторы имеют разброс значений.

Еще один важный момент, который нужно было выяснить - это максимально возможная частота, с которой будет работать DDS генератор. При правильно настроенных параметрах TimeQuest, после компиляции в «Compilation Report» можно увидеть, что скорость работы схемы выше 200 МГц с запасом. А это значит, что частоту генератора 50 МГц я буду умножать с помощью PLL на 4. Увеличивать значение аккумулятора фазы DDS буду с частотой 200 МГц. Итоговый диапазон частот, который можно получить в наших условиях 0 - 100 МГц. Точность установки частоты:

200 000 000 Гц (clk) / 2^32 (DDS) = 0,047 Гц
То есть, это лучше, чем ~0.05 Гц. Точность в доли герца для генератора с таким диапазоном рабочих частот (0...100 МГц) считаю достаточной. Если кому-то потребуется повысить точность, то для этого можно увеличить разрядность DDS (при этом не забыть проверить TimeQuest Timing Analyzer, что скорость работы логической схемы укладывалась в CLK=200 МГц, ведь это сумматор), либо просто снизить тактовую частоту, если такой широкий диапазон частот не требуется.

TimeQuest Timing Analyzer

После того, как я увидел на экране «пилу», семейные дела заставили меня ехать на дачу (выходной же). Там я косил, варил, жарил шашлык и не подозревал о том сюрпризе, что ждал меня вечером. Уже ближе к ночи, перед сном, я решил посмотреть форму сигнала для других частот.

Для частоты 100 КГц

Для частоты 250 КГц

Для частоты 500 КГц

Для частоты 1 МГц

День второй

В связи с тем, что было интересно, как будет работать ЦАП на резисторах 100 и 200 Ом, я сразу взялся за паяльник. На этот раз ЦАП получился более аккуратным, а времени на его монтаж ушло меньше.

Ставим ЦАП на плату ПЛИС и подключаем к осциллографу

Проверяем 1 МГц - ВО! Совсем другое дело!

Пила 10 МГц

Пила 25 МГц

Форма пилы на 10 МГц еще похожа на правильную. Но на 25 МГц она уже совсем «не красивая». Однако, у С1-112а полоса пропускания - 10 МГц, так что в данном случае причина может быть уже в осциллографе.

В принципе, на этом вопрос с ЦАП можно считать закрытым. Теперь снимем осциллограммы высокоскоростного выхода. Для этого, выведем старший бит на отдельный PIN ПЛИС. Данные для этой линии будем брать со старшего бита аккумулятора DDS.

Assign hs_out = accumulator;

Меандр 1 МГц

Меандр 5 МГц

Меандр 25 МГц

Меандр 50 МГц уже практически не виден

Но считаю, что выход ПЛИС стоило бы нагрузить на сопротивление. Возможно, фронты были бы круче.

Синус делается по таблице. Размер таблицы 256 значений по 8 бит. Можно было бы взять и больше, но у меня уже был готовый mif файл. С помощью мастера создаем элемент ROM с данными таблицы синуса из mif-файла.

Создание ROM - Tools -> Mega Wizard Plugin manager

Выбираем 1 портовую ROM и задаем название модулю

Соглашаемся

Тут тоже соглашаемся

С помощью browse находим наш mif файл с таблицей синуса

Тут тоже ничего не меняем

Снимаем галочку с модуля sine_rom_bb.v - он не нужен. Дальше finish. Квартус спросит добавить модуль в проект - соглашаемся. После этого, модуль можно использовать так же, как любой другой модуль в Verilog.

Старшие 8 бит слова аккумулятора DDS будут использоваться в качестве адреса ROM, а выход данных - значение синуса.

Код

//sine rom wire sine_out; sine_rom sine1(.clock(clk200M), .address(accumulator), .q(sine_out));

Осциллограмма синуса на разных частотах выглядит… одинаково.

При желании, можно рассмотреть проблемы ЦАП, связанные с разбросом резисторов:

Чтож, на этом выходные кончились. А ведь еще не написано ПО для управления с ПК. Вынужден констатировать факт, что в запланированные сроки я не уложился.

День третий

Времени совсем мало, поэтому программу пишем на скорую руку (в лучших традициях). Местами, чтобы сократить количество букв и удобство ввода информации с клавиатуры, применяется фильтр событий по имени виджета. Прошу понять и простить.

Интерфейс

Ссылки с аналогами

Далеко не полный список
Функциональный DDS генератор. Создан базе AVR. Частоты 0… 65534 Гц.
Обзор DDS-генератора GK101. Создан с применением ПЛИС Altera MAX240. Частоты до 10 МГц.
Многофункциональный генератор на PIC16F870. Частотный диапазон: 11 Гц - 60 кГц.
генераторы Добавить метки