Многофункциональный генератор сигналов своими руками. Цифровой функциональный генератор DDS. Внешний вид источника питания для генератора

Стоимость: $15,3

Прежде всего, DDS — Direct Digital Synthesizer или цифровой синтезатор сигналов или электронный прибор, предназначенный для синтеза сигналов произвольной формы и частоты из опорной частоты.

Зачем в хозяйстве радиолюбителя нужен генератор объяснять не буду. Готовые генераторы стоят недешево и весят прилично, поэтому их пересылка тоже дорогая. Поэтому решено было присмотреться к DDS модулям без корпуса и блока питания.

Выбор DDS-модулей на просторах интернет оказался невелик. Из более-менее недорогих и с нормальным набором функций я нашел только 2 вида. Они одинаковые по функционалу, отличаются только расположением органов управления и питанием. Для работы одного из них было нужно три напряжения (+12В, -12В и +5В), второй работает от одного напряжения 7-9В. Это было решающим, проще потом запитать его от готового блока питания и не придется специально городить схему питания.

Из описания на сайте:

Operating voltage: DC7-9V
DDS frequency range: 1HZ-65534Hz.
High-speed frequency (HS) output up to 8MHz;
DDS signal amplitude of the offset amount can be adjusted separately by two potentiometers;
DDS signals: sine wave, square wave, sawtooth, reverse sawtooth, triangle wave, the ECG wave and noise wave.
1602 LCD menu;
Intuitive keyboard.
Section into the value: 1,10,100,1000,10000 Hz;
The power automatically restore the last used configuration.
Offset: 0.5pp-5Vpp
Amplitude amount: 0.5Vpp-14Vpp

Сама плата сделана очень качественно, пайка приличная, флюс смыт.

Так как под руками не нашлось блока питания на 9В с подходящим разъемом подключил блок питания на 5В. Как ни странно, все заработало. Пришлось только чуть подкорректировать контрастность LCD дисплея. Для этого под самим дисплеем имеется подстроечный резистор.

У генератора удобный алфавитно цифровой LCD дисплей 1602 с синей подсветкой и немало кнопок управления и 2 ручки настройки. Пойдем по порядку. Разъем питания 8-9В (как уже выяснили и от 5В работает уверенно). Кнопка включения/выключения питания. Светодиод, сигнализирующий включение.

вверх и вниз — выбор формы сигнала (функции);
вправо и влево — выбор частоты генерации (шаг задается в меню Freq Step).
центральная кнопка — старт/стоп генерации.

Две рукоятки управления:

амплтиуда;
оффсет 0,5 — 5В.

Сбоку 2 BNC разъема. Один для вывода DDS, второй для высокочастоного сигнала.

Генератор может формировать следующие формы импульсов:

ECG = электрокардиограмма (in the OFF state, the «left «and «right» keys to set the output frequency. Middle button start, all of the following waveform set)
NOISE = шум.
SawTooth = пила.
Rev Sawtooth = обратная пила.
Triangle = треугольные.
Sine=синусоида.
Square = прямоугольные.

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

DDS генератор, или генератор Прямого Цифрового Синтеза в настоящее время уже далеко не новинка. На просторах интернета представлено большое количество схем, преимущественно на микроконтроллерах AVR. В качестве ЦАП-а в основном выступает R-2R матрица, но присутствуют конструкции и на микросхеме AD9850 (к слову, низкой стоимостью они не отличаются). Но к сожалению (или у счастью?), в них не было нужного мне: небольшие размеры и низкая стоимость. Как итог, была разработана данная схема.

В данной статье я хочу представить DDS генератор, выполненный на микроконтроллере ATmega8. Для отображения информации используется графический LCD LPH8731-3C. Данное устройство позволяет получить периодичный сигнал с произвольной формой (разрешение 100 точек) и заданной амплитудой.

Технические характеристики:

Напряжение питания: 5В
Потребляемый ток: <100мА
Мин. выходное напряжение: 0.5В
Макс. выходное напряжение: 2,5В
Шаг установки напряжения: 0,5В
Мин. частота сигнала: 10Гц
Макс. частота сигнала: 2кГц (10кГц)
Шаг установки частоты: 10Гц (100Гц)
Количество предустановленных сигналов: 8
Отображение данных: графический ЖКИ
Возможность добавления формы сигнала "на ходу" (без перепрошивки): отсутствует
Яркость подсветки: регулируется, необходима перепрошивка
Макс. количество форм в памяти: не менее 20

Схема устройства представлена ниже:

Основа схемы, как уже упоминалось, микроконтроллер ATmega8-16AU. Индекс "...16" необходим, так как в схеме применен кварцевый резонатор на 16МГц. ЦАП выполнен на R-2R матрице. Данный ход позволяет избежать применения специальных микросхем, но к сожалению, не позволяет добиться реального разрешения ЦАП выше 10 .. 12бит (в любительских условиях). К выходу матрицы через резистивный делитель напряжения (R17, RV1) подключен операционный усилитель, включенный по схеме повторителя и служит для усиления тока.

Управление устройством осуществляется посредством кнопок. На переднюю панель целесообразно выносить только кнопки SB1-SB4. Кнопка SB5 играет роль "функциональной", и позволяет использовать отличные от "основных" действия для кнопок SB1-SB4. Переключатель SA1 включает/выключает "генерацию" и кнопки управления соответственно. В первом его положении включено управление и отключено генерирование сигнала, а в другом ситуация диаметрально противоположна первому. Разъем J2 можно не разводить на плате, так как он предназначен лишь для подачи на плату питания на время программирования микроконтроллера (но придется цепляться напрямую к дорожкам).

Печатная плата устройства выполнена на двухстороннем фольгированном материале и имеет размеры (_ х _). Основная сложность при ее изготовлении - разводка дорожек для посадки микроконтроллера, но если у вас есть опыт изготовления подобных плат и/или возможность использовать фоторезист/ЛУТ, то проблем при изготовлении быть не должно.

При сборке устройства настоятельно рекомендую проверить, хорошо ли пропаяны переходные отверстия а так же надежность контакта ножек микроконтроллера и дорожек печатной платы. Я пропустил всего 1 непропай ножки микроконтроллера, и в результате на поиски проблемы ушло пару дней.

Прошивка

Прошивка для микроконтроллера была написана в . Для заливки.hex файла использовался программатор и софт . Скриншот с примером выставления fuse-битов представлен ниже. Так как на печатной плате специальный разъем для программирования не предусматривался, то для прошивки микроконтроллера придется временно припаяться к соответствующим дорожкам (пины микроконтроллера "MISO", "MOSI", "SCK", "RESET").

Сборка и компоновка устройства

При помещении устройства в корпус, желательно установить кнопку SB5 на боковой его грани. Выключатель SA1 в моем варианте находился на нижнем торце, как и разъем для подключения нагрузки. Разъем USB установлен в верхней части корпуса потому, что в планах было использование DC-DC преобразователя 3.7 -> 5В. Но так как хотелось универсальности, решил сделать этот блок съемным.

Возможная замена элементов

Микроконтроллер можно использовать только ATmega8-16AU. Операционный усилитель LM358 аналогичным (к примеру, NE532, OP04, OP221, OP290, ...) в корпусе SO-8, и про возможное несоответствие выводов забывать не стоит. Транзистор Q1 можно взять любой маломощный n-p-n, к примеру отечественный КТ315 или КТ3102. Резисторы R1-R16 желательно брать с минимальный допуском (0,5...1%), но пойдут и более распространенные 2...5% (но тут форма сигнала может быть немного хуже). Причем, желательно взять резисторы одного номинала (пусть будет 10кОм), и потом там где требуется 2R ставить 10кОм, а где R - 2х10кОм параллельно. Конденсаторы C1, C2 желательно брать в диапазоне 22...33пФ. Кварцевый резонатор использован низкопрофильный, на частоту 16МГц. Резистор RV1 - многооборотный. Стабилитрон можно ставить только на 3.3В.

LCD дисплей можно использовать только с желтой подложкой и надписью "LPH8731-3C". Он встречается в мобильных телефонах Siemens A60, A65 и др. и имеет разрешение 101x80 пикселей.

Настройка

Правильно собранное устройство в наладке не нуждается, и должно работать сразу после сборки и прошивки контроллера. Если этого не произошло, то проверьте на короткое дорожки на печатной плате, правильность подключения LCD дисплея, целостность проводов от переключателя SA1 а так же исправность стабилитрона и источника питания/кабеля USB.

При успешном первом включении, необходимо с помощью осциллографа и подстроечного резистора RV1 настроить уровень выходного сигнала согласно установкам на дисплее.

Назначение кнопок: SB1 - "Влево" (Вых. напряжение меньше), SB2 - "Вправо" (Вых. напряжение больше), SB3 - "Частота +10" (Частота +100), SB4 - "Частота -10" (Частота -100) <-- SB5 - Отжата (Нажата).

Фото и видео устройства:

На двух фото ниже видно, как можно получить большую частоту, нежели 2кГц. Но приходится качеством сигнала (для прямоугольных не принципиально).

Осциллограммы сигналов, полученных с помощью данного устройства:

Внешний вид собранного устройства:

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
U1	МК AVR 8-бит	ATmega8A-AU	1		В блокнот
U2	Операционный усилитель	LM358	1	Корпус SO-8 (LM358D))	В блокнот
Q1	Биполярный транзистор	BC547	1		В блокнот
D1	Стабилитрон	BZX55C3V3	1		В блокнот
RV1	Подстроечный резистор	220 кОм	1		В блокнот
R1-R9	Резистор	2.2 кОм	9	0805, 1%	В блокнот
R10-R16, R32	Резистор	1.1 кОм	8	0805, 1%	В блокнот
R17	Резистор	100 кОм	1	0805	В блокнот
R19-R23	Резистор	5.6 кОм	5	0805	В блокнот
R24-28, R18	Резистор	10 кОм	5	0805	В блокнот
R29, R30	Резистор	220 Ом	2	0805	В блокнот
R31	Резистор	75 Ом	1	0805	В блокнот
R33	Резистор	510 Ом	1	0805	В блокнот
C1, C2	Конденсатор	27 пФ	2	0805

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 . 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

Qt5

Добавить метки

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 .