Сколько я занимаюсь электроникой, всегда хотел заиметь генератор сигналов различной формы. Недавно мне понадобилось получить синусоидальный сигнал с помощью цифровых методов, и я решил что сделаю себе хороший генератор! В итоге я сделал простой, но функциональный генератор сигналов который может генерировать: меандр, треугольник, синус, шум и пилообразный сигналы. Максимально генерируемая частота - 60kHz (килогерц). Пока что в настоящей прошивке, частоту можно устанавливать только при генерации меандра, для остальных сигналов можно устанавливать лишь задержку в микросекундах. Основой устройства является AVR микроконтроллер ATtiny2313, сигнал генерируется с помощью 8 битного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), данные о частоте, сигнале или задержки отображаются на ЖК индикаторе 8x2. Вот собственно принципиальная схема:
Для сборки понадобятся детали:
1. Микроконтроллер Attiny2313 - 1шт.
2. ЖК индикатор WH0802 или с HD44780 совместимом - 1шт.
3. Микросхема LM324 - 1шт.
4. Тактовые кнопки без фиксации - 3шт.
5. Резистор 10 кОм - 1шт.
6. Резистор 300 Ом - 1шт.
7. Резистор 2 кОм - 8шт.
8. Резистор 1 кОм - 9шт.
ЦАП собран на резисторах и подключён напрямую к порту B микроконтроллера, сигнал после ЦАПа усиливается с помощью операционного усилителя LM324. ЖК индикатор я применил WH0802 c совместимом контроллером, данный ЖКИ имеет 2 строки по 8 знакомест каждая. Существенно применение любого ЖК индикатора с совместимом контроллером с HD44780. Микроконтроллер применить Attiny2313 можно с любыми буквенными индексами, в любых корпусах. Кнопки можно применить любые тактовые, без фиксации. Кнопкой "Выбор" выбирается тип генерируемого сигнала. Кнопками "Плюс" и "Минус" устанавливается частота или задержка. При включении устройства оно сразу начинает генерировать сигнал, по умолчанию это меандр. Напряжение питания: 5 вольт. Вот осциллограммы генерируемых генератором сигналов:
Я собрал свой генератор сигналов в пластмассовом корпусе ZIV, вот что получилось:
Первые испытания вместе с самодельным осциллографом:
Схему я собрал на печатной плате сделанной с помощью , рисунок печатной платы в можно найти в файлах к статье. На плате я использовал детали в SMD корпусах, исключение лишь составляет микросхема LM324, она использована в DIP корпусе. Прошивку для устройства я писал в среде BASCOM-AVR исходник прилагается. Также прилагается проект устройства в программе . Кстати, после прошивки не забудьте установить следующие фьюз биты (для программы SinaProg):
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | МК AVR 8-бит | ATtiny2313 | 1 | В блокнот | ||
| U2 | Операционный усилитель | LM324 | 1 | В блокнот | ||
| R1-R8 | Резистор | 2 кОм | 8 | В блокнот | ||
| R9-R16, R18 | Резистор | 1 кОм | 9 | В блокнот | ||
| R17 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R19 | Резистор | 300 Ом | 1 | В блокнот | ||
| BTN1-BTN3 | Кнопка | Без фиксации | 3 |
Принципиальная схема и фото несложного пробника (генератора испытательного сигнала), предназначенного для проверки и настройки телевизоров.
Пробник-генератор ТВ сигнала собран на основе микроконтроллере серии pic12f629, и по совокупности габаритов, потребления тока, стоимости изготовления прибора и функционалу для телемастера, просто незаменим. Напряжение питания 3 вольта, т.е. две пальчиковые батарейки. Ток потебления в режиме генерации 11 миллиампер, в режиме сна - всего 3 микроампера.
Прибор содержит стабилизированный кварцевым резонатором генератор (DD1.1, DD1.2), делители частоты (DD2 и DD3, DD5.1, DD5.2, DD4, DD1.3, DD1.4), формирователи строчных синхронизирующих (DD6.2) и гасящих (DD5.3, VD1, VD2, R4) импульсов, кадровых синхронизирующих импульсов (DD7.2), сигналов градации яркости (R1-R3) и вертикальных (DD7.1) и горизонтальных (DD6.1) линий сетчатого поля, сумматоры (VD3-VD8, R8, R9) и эмиттерный повторитель (VT1).
ис. 1 - Принципиальная схема генератора сигналов.
Генератор вырабатывает сигнал образцовой частоты 500 кГц, которую делитель DD2 уменьшает до строчной (15625 Гц) на выходе 16. Элемент DD5.3 и диоды VD1, VD2 формируют строчные гасящие импульсы (рис.2, а), триггер DD6.2 синхронизирующие (рис.2,6). Сигнал с частотой полей получается на выходе элемента DD1.4 после деления строчной частоты последовательно включенными делителями на счетчике DD3 и элементах DD5.1, DD5.2 (коэффициент деления 26) и на счетчике DD4 и элементах DD1.3, DD1.4 (коэффициент деления 12). С выхода триггера DD7.2 снимаются кадровые синхроимпульсы с частотой повторения около 50,08 Гц (рис.2, в).
В нужном соотношении со строчными импульсами они складываются в сумматоре на диодах VD6 - VD8 и резисторах R8, R9 (рис.2, г). Через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 и регулятор уровня - переменный резистор R10 - полный видеосигнал белого поля (при ненажатых кнопках SB1, SB2) поступает на штепсель ХР1, который подключают к видеовходу телевизора.
Для получения напряжения градаций яркости служит формирователь на резисторах R1-R3, представляющий собой цифроаналоговый преобразователь. При нажатии на кнопку SB1 это напряжение добавляется (через диод VD5) к сигналу белого поля.
Импульсы вертикальных и горизонтальных линий сигнала сетчатого поля, формируемые соответственно триггерами DD7.1 и DD6.1, складываются в сумматоре на диодах VD3, VD4 и резисторе R6. Сигнал включают кнопкой SB2.
Питается прибор от батареи "Крона" (можно использовать аккумуляторную батарею 7Д-0.115) и сохраняет работоспособность при снижении ее напряжения до 6 В. Резисторы МЛТ, конденсаторы КТ-1 (С1), КМ-4. КМ-5 или КМ-б (С3-С5) и К50-6 (С2), кнопочные переключатели П2К (SB1, SB2 - с зависимой фиксацией, SB3 - с независимой).
Налаживание генератора сводится к получению желаемых яркости и ширины вертикальных линий подбором резистора R5 по изображению сетчатого поля на экране телевизора. Процентное соотношение амплитуд составляющих видеосигнала при необходимости устанавливают подбором резистора R9 согласно осциллограмме на рис.2, г при испытательном сигнале белого поля.
Рис. 2 - Осциллограммы генератора сигналов.
P.S. Для повышения надежности работы устройства вход С триггера DD7.1 рекомендуется соединить с общим проводом через резистор сопротивлением 100 кОм.
Для генерации видеосигнала достаточно всего одного микроконтроллера и двух резисторов. То есть можно сделать буквально карманный генератор видеосигнала размером с брелок. Такой прибор пригодится телемастеру. Его можно использовать при сведении кинескопа, регулировке чистоты цвета и линейности.
Работа генератора и его характеристики.
Генератор подключается к видеовходу телевизора, обычно это разъем типа "тюльпан" или "SCART"
Прибор генерирует шесть полей:
- текстовое поле из 17 строк;
- сетка 8x6;
- сетка 12x9;
- мелкое шахматное поле 8x6;
- крупное шахматное поле 2x2;
- белое поле.
Переключение между полями осуществляется кратковременным (длительностью менее 1с.) нажатием кнопки S2. Удержание этой кнопки в нажатом состоянии более длительное время (дольше 1 с.) приводит к выключению генератора (микроконтроллер переходит в состояние "SLEEP"). Включение генератора производится нажатием кнопки S1. О состоянии прибора (включен / выключен) сигнализирует светодиод.
Технические характеристики прибора:
- тактовая частота - 12 МГц;
- напряжение питания 3 - 5 В;
- ток потрребления в рабочем режиме:
- при напряжении питания 3В - около 5мА;
- при напряжении питания 5В - около 12мА;
- частота кадров - 50 Гц;
- число строк в кадре - 625.
Схема.
Схема очень проста.
Вся работа по формир-
ованию видеосигнала
выполняется программой,
зашитой в микрокон-
троллере. Два резистора
вместе с сопротивлением
видеовхода телевизора
обеспечивают необходи-
мые уровни напряжения
видеосигнала:
- 0 В - синхроуровень;
- 0,3 В - уровень черного;
- 0,7 В - уровень серого;
- 1 В - уровень белого.
Для формирования видеосигнала используется нулевой бит PORTA и целиком весь PORTB. (Этот порт работает в сдвиговом режиме. Несмотря на то, что сигнал снимается только с его нулевого бита, программа использует его весь. Поэтому все биты PORTB настроены как выходы.) Первый бит PORTA используется для индикации состояния генератора. Когда прибор включен, - светодиод горит. Когда прибор выключен, - светодиод погашен. Третий бит PORTA используется для переключения режимов работы генератора и его выключения. Кратковременное нажатие кнопки S2 позволяет перейти от одного поля генератора к другому. При удержании этой кнопки в нажатом состоянии дольше 1 с. прибор выключается (микроконтроллер переходит в состояние "SLEEP"). Чтобы включить генератор необходимо выполнить сброс. Это осуществляется нажатием кнопки S1. Напряжение питания прибора можно выбрать в пределах 3 - 5 В. При этом соответственно должны быть подобраны номиналы резисторов.
3В...– R5=456Ом и R6=228Ом
3,5В – R5=571Ом и R6=285Ом
4В...– R5=684Ом и R6=342Ом
4,5В – R5=802Ом и R6=401Ом
5В...- R5=900Ом и R6=450Ом
Здесь указаны расчетные значения. Реально можно ставить резисторы из стандартного ряда, например для 5В - 910Ом и 470Ом, а для 3В - 470Ом и 240Ом.
Напряжение питания генератора может быть и меньше 3В. Для каждого конкретного PICа минимум следует определять эксперементально. У меня, например, 20МГц-й PIC выпуска 2001 года работал и при 2,3 В.
Прграмма.
Программа формирует 6 полей. Каждое поле состоит из 301 строки (300 информационных строк + одна черная). Вообще расчетное число – 305 (625 строк растра - 15 строк кадровой синхронизации = 610. Информация в кадре выводится через строку (подробнее об этом смотри здесь), поэтому 610 / 2 = 305). Но при таком числе строк размер растра по вертикали получается немного больше того, что формирует видеосигнал, передаваемый телецентром.
Первая строка в каждом поле черная. В это время опрашивается состояние кнопки S2, вычисляется время удержания ее в нажатом состоянии и определяется необходимость перехода от одного поля к другому.
В графических полях есть небольшие искажения вертикальных линий. Это связано с тем, что длина некоторых строк на пару тактов больше остальных из за необходимости установления счетчиков циклов. Вцелом подпрограммы, формирующие графические поля, очень просты, поэтому нет необходимости их коментировать.
Подробнее разберем ту часть программы, которая формирует текстовое поле. Это наиболее сложный участок программы, занимает большую ее часть, использует максимум ресурсов микроконтроллера (вся память данных и значительная часть ОЗУ). Здесь используются фрагменты кода, взятые из игры Pong, которую написал Rickard Gunee.
Текстовое поле состоит из 17 строк, каждая из которых может состоять не более, чем из восьми символов. Символы отображаются через строку, то есть одна строка текста занимает 17 строк растра. (Такое отображение связано с ограниченными возможностями PIC.) Информация о графике символов хранится в памяти программ в разделе таблица. Информация о тексте строк хранится в памяти данных (64 слова = 8 строк по 8 символов). Например в строке 08h (адресами от 08h до 0Fh) записано следующее:.20.60.48.50.90.58.20 20. Каждое значение - это координата (смещение от начала) символа в таблице. Значение.20. соответствует пробелу, .60. - буква "В", .48. - буква "И", и так далее. А все вместе образует "_ВИДЕО__".
Разберем на примере, как выводится текст. Согласно программе, в 12-й текстовой строке экрана необходимо вывести информацию, на которую ссылается строка памяти данных 28h (A0 B8 68 C8 D8 70 E0 D0). Таким образом, в следующих 17 строках растра должен быть выведен текст: " p i c 1 6 f 8 4 ". Это происходит следующим образом. В первой из 17 строк выводится только черный уровень. В эти 64 мкс, пока на экране отображается черная строка, в регистры ОЗУ переписываются "верхние значения" символов: 00h.от "p", 08h от "i", 00h от "c" 18h от "1" и так далее. Во время следующей строки эти данные последовательно передаются в PORTB, то есть на видеовыход. Третья строка снова черная. За время ее выполнения, в буфер переписываются "вторые сверху" значения символов: 00h.от "p", 00h от "i", 00h от "c" 1Ch от "1"… В четвертой строке эти данные выводятся на экран. И так далее, пока вся строка не будет отображена.
Подпрограмма кадровой синхронизации целиком взята из игры Pong, которую написал Rickard Gunee . Эта подпрограмма короткая, но довольно запутанная. Если объяснять, как она работает то, получится еще длиннее и запутаннее. Лучше всего положить рядом текст подпрограммы и рисунок осциллограммы кадровых синхроимпульсов, и не торопясь разобрать каждую строку кода. Скажу только, что подпрограмма начинает выполняться не с верхней строчки, а из середины (:-)), от метки "vertsync".
Разгон PIC16F84.
Как видно из схемы в этом проекте микроконтроллер работает на частоте 12МГц. На сегодняшний день выпускаются три версии PIC16F84: на 4МГц, на 10МГц и на 20МГц. (на 1.1.2002 соотношение цен приблизительно такое: $3.5, $5.3 и $6.3) В своем проекте Pong Rickard Gunee утверждает, что использовал 4МГц-е PIC16F84 и они часами работали на частоте 12МГц без проблем. Я попробовал, и действительно 4МГц-й PIC нормально работает на частоте, которая в три раза (!!!) превышает его допустимую частоту (правда я не стал испытывать судьбу и включал генератор лишь на несколько минут). При этом у 4МГц-го PICа потребляемый ток был на 10 .. 20 % больше, чем у 20МГц-го (отсюда, видимо и ограничение по частоте). Думаю, что 10МГц-й микроконтроллер можно разгонять до 12МГц без риска, но в коммерческих проектах этого, конечно же, делать не стоит.
Изготовление.
Приветствую всех!Используя программу Sprint Layout 3.0,Вы можете изменять мой вариант разводки
печатных плат.(например,у Вас другой силовой трасформатор,диодный мостик,
корпус)
Схема и печатная плата пока так сказать для затравки.(изменен каскад на
тр-ах V5 и V6).В последующем будут выложены файлы (и доработка)
1.Генератор полного цветового телевизионного сигнала на двух микросхемах
Статья из ж. " РЭТ " №5 2003 г. автор:М.Медведев (формат DJVU)
2.Video pattern generator -автор: Marcelo Maggi
3.Зарубежные интегральные видеокодеры
Статья из ж. " Радиоаматор " №1-3 2002 г.автор:С.М.Рюмик (формат DJVU)
4.Даташиты на м/c TDA8505,CXA1645M в формате DJVU (я преобразовал из PDF -
меньше во много раз занимают места).
