Generator fali prostokątnej, część 1

Generator ciągu impulsów prostokątnych (fali prostokątnej) to w praktyce hobbysty zajmującego się układami cyfrowymi element często wręcz niezbędny. Można zbudować sobie taki, bazując choćby na popularnym układzie 555 lub sięgnąć po rozwiązanie z górnej półki – układy DDS.

Cyfrówka często wymaga jakiegoś sygnału taktującego. W trakcie tworzenia takiego projektu często zachodzi potrzeba posiadania źródła takiego sygnału o określonych cechach (przede wszystkim częstotliwości). Przydatnym jest, by taki generator pozwalał na zmianę częstotliwości, gdyż opracowując nowy projekt oczekuje się, by generował w miarę (potrzeb) małą częstotliwość sygnału taktującego, co pozwoli sprawdzić działanie nowego projektu w „zwolnionym tempie”. Możliwym rozwiązaniem jest wykorzystanie popularnego układu 555, jednak uzyskanie możliwości przestrajania go w szerokim zakresie częstotliwości nie jest już takie proste. Puszczając wodze fantazji, można jeszcze zamarzyć, by za pomocą małej klawiaturki wprowadzić wartość generowanej częstotliwości. A może jeszcze istniałaby możliwość wygenerowania sygnału w standardzie klasycznych układów cyfrowych (+5 V) lub bardziej nowoczesnych, wymagających zasilania +3,3 V a nawet jeszcze mniej, gdyż pojawiają się układy, które tolerują jedynie sygnał logiczny o mniejszej wartości napięcia. A gdyby generator mógł być sterowany z zewnątrz, przykładowo z komputera, gdzie istniałby jakiś program sterujący jego pracą, komunikujący się za pomocą interfejsu szeregowego. Te wszystkie „zachcianki” dają się zrealizować. Zmianę częstotliwości w bardzo szerokich granicach zapewniają układy DDS (bezpośredniej syntezy cyfrowej). Zmiany wartości napięcia, reprezentujące stan logicznej jedynki, również dają się zrealizować w prosty sposób (można do tego wykorzystać popularny układ stabilizatora napięcia LM317). Po dodaniu do generatora interfejsu RS232 powstaje techniczna możliwość zdalnego sterowania. Reszta pozostaje już w „rękach” oprogramowania.

Nowa idea

Powoli odchodzą z naszej rzeczywistości rozwiązania urządzeń elektronicznych opartych jedynie na połączeniach określonych komponentów. W naszą codzienność wkracza nowy wariant rzeczywistości, gdzie konstrukcja urządzenia stanowi połączenie dwóch różnych „światów”: sprzętu, zwyczajowo określanego jako hardware oraz oprogramowania, w stosunku do którego używa się określenia software. Ten pierwszy to ciężki, fizyczny detal: płytka drukowana, elementy elektroniczne. Drugi to lekki i delikatny program mikroprocesorowy (lekki, bo można zapytać ile waży program). Te dwa elementy razem tworzą całość, są nierozerwalne a jednocześnie nie mogą istnieć oddzielnie. Sam sprzęt bez oprogramowania nie przedstawia sobą wartości (kiedyś w ramach żartu mówiłem, że jest wart tyle, ile można dostać na złomowisku). Podobnie jest w przypadku programu, samo oprogramowanie bez sprzętu do niczego nie służy. Dodatkowo oba te elementy są od siebie mocno uzależnione. Sprzęt sam z siebie nie zrobi nic, tym musi zarządzać program. Z drugiej strony, program może zrobić tylko to, na co „pozwoli” sprzęt. W tej „filozofii” został zbudowany generator fali prostokątnej, a bieżący artykuł dotyczy części sprzętowej.

Schemat generatora

W warstwie sprzętowej generator jest podzielony na kilka bloków funkcjonalnych, które realizują określone czynności. Ich wzajemne połączenia i zależności pokazuje rysunek 1.

Każdy z nich jest szczegółowo przedstawiony w dalszej części. Najbardziej istotnym elementem jest blok procesora, którego schemat przedstawia rysunek 2.

 

Znajduje się tutaj mikrokontroler z rodziny AVR (U101 jako ATMEGA32). Ma on wystarczająco dużo wewnętrznych zasobów by zrealizować swoje zadanie (pamięć FLASH, RAM oraz EEPROM). Jak w wielu projektach, inny zasób, jakim są piny do sterowania, został wykorzystany w pełni (a właściwie zaistniały „niedobory”, ale z nimi można „walczyć”). Sam mikrokontroler zawiera standardową aplikację: ma przyłączone niezbędne elementy, jak rezonator kwarcowy (X101 z kondensatorami C102 i C103) do taktowania pracą mikrokontrolera, układ generacji sygnału reset (D101, R101 i C101) oraz złącze do programowania P101 w układzie 10-pinowego złącza typu KANDA. Dodatkowo jest tu obsługa kanału szeregowego z interfejsem RS232 jako U102 wraz z niezbędnymi kondensatorami C105…C108. Jego „wyjście na świat” to złącze P102, do którego przyłączane jest złącze typu DSUB 9 żeńskie (jako strona DCE), zawierające jedynie transmitowane dane bez linii modemowych (o interfejsie RS232 można poczytać w artykule „Mikroprocesory i mikrokontrolery – interfejs szeregowy RS232”, ZE kwiecień 2024). Zastosowany mikrokontroler jest wyposażony jeszcze w sygnalizator dźwiękowy (buzzer), oznaczony jako LS101, który jest włączany/wyłączany przez tranzystor Q101.
(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2025 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) stałymi Patronami ZE, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu zawsze trzeba wpisać, który numer lub numery ZE mamy wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 6/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.