Zelfbouw 1 MHz blokgolfgenerator met Arduino Nano – Eenvoudig PWM-circuit

Onderdelen en benodigdheden

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Dit is een eenvoudige blokgolfgenerator die de TimerOne-bibliotheek gebruikt om een PWM-signaal te genereren op pin 9 in het bereik van ongeveer 5 Hz tot 1 MHz, met een instelbare duty cycle van 0 tot 100%.

Het apparaat is heel simpel te bouwen en bestaat uit slechts een paar componenten:

• Arduino Nano microcontroller
• LCD-display
• Drie pull-up weerstanden
• Drie drukknoppen

De pulsengenerator kan de pulsherhalingsperiode instellen met de knoppen aangesloten op digitale ingangen 6 en 7 van de Arduino. Ingang 13 stelt de duty cycle in. De duur en duty cycle worden op de eerste rij van de 16x2 LCD weergegeven, de frequentie op de tweede rij. De minimale stap voor het aanpassen van de pulsherhalingsperiode is 1 μs, waardoor de frequentie discret verandert: 1 μs = 1 MHz, 2 μs = 500 kHz, 3 μs = 333,333 Hz, enzovoort. Naarmate de frequentie daalt, neemt de gladheid van de instelling toe. Dit is bij hogere frequenties wat minder praktisch, maar dat is de prijs van eenvoudigheid. In een eerdere video beschreef ik een vergelijkbaar apparaat met een gespecialiseerde DDS-chip die deze tekortkomingen niet heeft en een veel groter bereik bezit, maar complexer te bouwen is.

Om het uitgangssignaal te visualiseren gebruik ik een kleine einkanaals oscilloscoop. Uiteindelijk is het apparaat in een geschikte behuizing gemonteerd en is het een nuttig hulpmiddel in de elektronicalaboratorium.

Code

Arduino code

#include 
#include 

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // RS,E,D4,D5,D6,D7
unsigned long t = 1000, f, k = 512; // standaard 1000 μs (1000 Hz), blokgolf, puls
byte k1, kn, kn1, kn2;
int drive, drive0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2); // LCD 16x2
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(6, INPUT); // knop op ingang 6 (- pulsperiode)
  pinMode(7, INPUT); // knop op ingang 7 (+ pulsperiode)
  pinMode(13, INPUT); // knop op ingang 13 (+ duty cycle)
}

void loop() {
  Timer1.initialize(t); // periode
  Timer1.pwm(9, k); // k - vulfactor 0-1023
  
  kn = digitalRead(6);  // knop ingang 6 (- pulsperiode)
  kn1 = digitalRead(7); // knop ingang 7 (+ pulsperiode)
  kn2 = digitalRead(13); // knop ingang 13 (+ duty cycle)
  
  if (kn == HIGH) { // periode verkleinen
    drive++;
    if (drive < 30) t = t - 1;
    else if (drive > 30 && drive < 60) t = t - 10;
    else if (drive >= 60 && drive < 100) t = t - 100;
    else if (drive >= 100) t = t - 1000;
  } else {
    drive = 0;
  }
  
  if (kn1 == HIGH) { // periode vergroten
    drive0++;
    if (drive0 < 30) t = t + 1;
    else if (drive0 > 30 && drive0 < 60) t = t + 10;
    else if (drive0 >= 60 && drive0 < 100) t = t + 100;
    else if (drive0 >= 100) t = t + 1000;
  } else {
    drive0 = 0;
  }
  
  if (t == 0 || t > 300000) t = 1; // limiet minimum pulsduur
  if (t > 200000 && t < 300000) t = 200000; // limiet maximum pulsduur
  
  f = 1000000 / t; // frequentie berekenen
  k1 = k * 100 / 1024; // duty cycle percentage berekenen
  
  if (kn2 == HIGH) { // knop voor duty cycle aanpassen (cirkel)
    k = k + 16; // stap 16 uit 1024 (kunt 8 maken voor gladder)
  }
  if (k == 1024) k = 0;
  
  // Informatie tonen op display
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("T=");
  lcd.print(t);
  lcd.print(" us");
  lcd.setCursor(12, 0);
  lcd.print(k1);
  lcd.print(" %");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("F=");
  lcd.print(f);
  lcd.print(" Hz");
  
  delay(300);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(" ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" ");
}

Schema's