描述

該項目是對先前發布的早期項目的增強：

微位脈沖發生器 - 可變范圍

增強功能是定制設計的 PCB，用于執行正弦波和鋸齒波的 D2A 轉換，具有獨立的輸出和獨立的幅度控制。

增加了一個 OLED 顯示屏來指示范圍、頻率和輸出狀態。

全部安裝在定制的 3D 打印外殼中。

數字波形

可以使用帶有加權輸出的移位電阻器生成數字正弦波波形。

使用兩個 4 位移位寄存器，我們可以生成 8 個離散的向上步進和 8 個離散的向下步進以實現對稱性。

對于第一個移位寄存器。

Q0 上有一個電阻器 R，當 QO 為高時，電流會流動。如果我們在 Q1 上放置一個 R./2 的電阻器，那么當 Q1 為高電平時，電流將流過兩倍。因此，如果我們在 Q2 上安裝 R/4 電阻，在 Q3 上安裝 R/8 電阻，那么我們每一步都有一個加權電流。

對于第二個移位寄存器。

Q3 上有一個電阻器 R，當 Q3 為高電平時，電流會流過。如果我們在 Q2 上放置一個 R./2 的電阻器，那么當 Q2 為高電平時，電流將流過兩倍。因此，如果我們在 Q1 上安裝 R/4 電阻，在 Q0 上安裝 R/8 電阻，那么每一步的加權電流都會隨著計數的增加而減小。

如果兩個計數器的求和點連接到負載電阻器，則每個電流階躍都會產生相應的電壓階躍。

輸出波形的頻率 = Fin/2^(n/2) 其中 n = 加權輸出。

因此，如果 Fin = 1KHz，則正弦波頻率將為 1000/16 = ~62.5Hz

電路設計

該電路采用低壓邏輯 IC（移位寄存器、二進制計數器、EXOR 和 OpAmp）設計，采用 DIL 封裝，易于組裝。

鋸齒波使用 CD4024、7 位二進制計數器生成，二進制加權電阻連接到 4 個 LSB 輸出。

時鐘輸入來自 MicrobIt 的輸出 P0。

時鐘頻率的控制由一個 100k、10 圈的電位器提供，其主電阻連接在 0V 和 3V 之間，抽頭連接到 Microbit 的 P1 以提供用于改變頻率的可變電壓 (Vv)。

Vv = Rx/100k*3V 其中 Rx 是抽頭和 0V 連接之間的電阻

POR（上電復位）由連接到復位引腳的 CR* 網絡提供，以確保計數器和寄存器在低電平狀態下上電。

*（CR 網絡在上電時將復位引腳拉高約 1 毫秒，直到電容器充電，然后由電阻器保持低電平）。

二進制計數器在時鐘從 0 到 15 的每個負跳變時遞增，然后重置為 0 以重復循環。

結果是重復的數字鋸齒波。

求和點的電壓被饋送到配置為非反相放大器的雙運算放大器的一半的非反相輸入。

一個 5k (Rf) 電位器與一個 220R (Rp) 一起連接在反饋路徑中，以控制波形輸出幅度。Vgain = 1+Rf/Rp，Vgain 為 1 至 24，可將輸出電壓控制在 ~0 至 3V。

移位寄存器在時鐘的每個正跳變上傳輸數據，寄存器 1 的最后一級 (Q3) 連接到寄存器 2 的數據輸入，其最后一級 (Q3) 反饋到寄存器 1 的數據輸入。

在打開時，所有寄存器都復位為零，但連接到寄存器 1 的數據輸入的反相器在每次時鐘轉換時將每個階段設置為邏輯 1。逐漸增加電壓。

一旦寄存器 2 的最后一級設置為 1，反相器將數據輸入設置為 0，并且每個級依次設置為 0。電壓逐漸降低。

結果是重復的數字正弦波。

求和點的電壓被饋送到配置為非反相放大器的雙運算放大器的一半的非反相輸入。

一個 5k (Rf) 電位器與一個 220R (Rp) 一起連接在反饋路徑中，以控制波形輸出幅度。Vgain = 1+Rf/Rp，Vgain 為 1 至 24，可將輸出電壓控制在 ~0 至 3V。

編碼

在該項目的最初版本中，Microbit 顯示器用于指示狀態。

但是，由于 Microbit 的信息有限，無需滾動即可一次性顯示，因此升級為 OLED 顯示屏。

因此包含了額外的代碼來使用這個顯示。

顯示的信息是：

應用程序名稱和版本。

輸出狀態。

頻率范圍

頻率

代碼說明

On start這調用重置（分配的變量和設置的初始值）。如果使用具有內置發聲器的 Microbit V2，則需要將其關閉，如果使用 V1，則忽略。

按鈕 A - 輸出啟用

顯示輸出啟用或輸出禁用

啟動時默認為禁用輸出。

按鈕 B - 范圍

為 1k、10k、100k、250k 和 500kHz max_range 設置每次按下按鈕時的 max_range。

啟動時的默認值為 1kHz。

Pot_Adjust

讀取 P1 上的模擬輸入 將其轉換為最大位數的百分比和基于最大范圍的頻率。頻率 = max_Range *（位值/1023）

更新相對于所選 max_range 的顯示值

永遠

以所需頻率應用鈴聲的地方。

此處根據其狀態應用輸出使能以輸出所需頻率或零頻率。

在代碼中，Microbit 顯示器的大部分活動都被禁用，因為它將被包含在框內。

但是，只需重新插入 Plot 代碼塊即可重新啟用此功能。

外殼設計

對于以前的項目，我制作了盒子，這些盒子分為兩部分（一個打開的盒子和一個蓋子），但是對于這個項目，這種方法比以前的版本大得多，我決定制作六個面來啟用它們單獨進行3D打印。

外殼是在 TinkerCAD 中設計的：Function_generator_box

所有固定孔、切口、支架和圖例都將作為打印過程的一部分創建。

完成的盒子尺寸為 132 毫米（寬）x 93 毫米（高）x 104 毫米（深），包括頂部、底部、左側、右側、后部、前部和顯示支架。

附件印刷

外殼的各個元素使用以下設置進行 3D 打印。

層高：0.15mm

填充密度：25%

填充圖案：三六邊形

基礎附著力：邊緣

PCB組裝

為了便于組裝，首先安裝具有最低輪廓的組件，最后安裝具有最高輪廓的組件。

因為這使您能夠將組件焊接在一個平面上，這有助于將它們固定到位。

電阻器。

用尖嘴鉗彎曲兩端電阻的引線，并在板的孔之間插入正確的值。這些值印在板上以減少裝配錯誤。

焊接電線以固定到位。

插座

插入 IC 插座，注意引腳 1 標識并焊接到位。

陶瓷電容器

如果適用，請用尖嘴鉗彎曲電線以安裝在孔之間，并防止對元件主體施加過大的壓力并焊接到位。

電解電容器

如果適用，請用尖嘴鉗彎曲電線以安裝在孔之間，并防止對元件主體施加過大的壓力并焊接到位。

接線端子

將引腳插入電路板并焊接到位。

在插入 IC 之前，目視檢查電路板以確保所有連接均已焊接且不存在焊橋和/或使用 DMM（在二極管或電阻上），檢查電源端子上的 + 和 - 之間以確保沒有短路.

一旦您確信不存在短路或開路并且所有無源元件都已正確放置，就可以再次插入 IC，確保它們的方向正確并插入正確的插座。

名稱印在板上以減少組裝錯誤。

確保遵循 ESD 保護預防措施，以防止在處理和插入過程中損壞 IC。

盒子組裝

盒子組件涉及許多元素。

從底座開始，分線板被擰到最短的柱子上。這些已經印有通孔，允許從頂部插入自攻螺釘（最大 M3 x 8mm）或從底部插入螺栓（最小 M3 x 9mm）并在頂部安裝螺母。

M/F 115mm 跳線將分線板連接到 PCB 接線端子和顯示板。

從分線板到 PCB 的連接是：

P0 到 CLK IP

P1 到 FCTRL IP

3V 至 + & 0V 至 -

在安裝 PCB 之前，需要連接 OLED 顯示器。

然而，對于這個項目，主邊緣連接器被繞過，直角端子引腳焊接到 I2C 擴展端口。

從分線板到顯示板的連接是：

SCL (19) 至 SCL

SDA (20) 至 SDA

3V 至 3V

0V 至 0V

與交換機的連接是：

啟用（按鈕 A-P5）

范圍（按鈕 B -P11）

這兩個開關的其余連接以 0V 連接在一起。

PCB 通過自攻螺釘 (M3 x 8mm) 或螺栓 (M3 x 30mm) 安裝到 27mm 柱子上。

繼續將接線柱、開關和電位計連接到前面板。

如果使用不同的元件，預先存在的孔可能需要去毛刺或調整尺寸，這可以根據需要使用銼刀或鉆頭來完成。

前接線柱在接線端子處連接到 PCB。

電位器連接到 PCB 上的端子引腳，可能需要在前面板后部鉆一個防轉孔，因為這不是預印的。

安裝適合電位器的旋鈕。

安裝前面板元件后，需要將顯示器安裝到位。

盒子元素中包括兩個顯示插槽，它們連接到前面板的背面并將顯示屏固定到位。

插槽中的上孔僅位于 M3 x 8mm 螺母和螺栓的突出邊緣上，而下孔由一直穿過前面板和插槽的螺母和螺栓固定到位。

然而，由于連接器在顯示板頂部的位置，顯示器從前面板的開口向后縮進，從而產生了間隙。這個間隙被一塊 52mm x 52mm x 5mm 大小的透明有機玻璃占據。

在有機玻璃塊底部的 26 毫米 x 5 毫米處，在有機玻璃上制造一個 3 毫米的孔，并與前面板重合，并用 M3 x 10 毫米螺栓固定在一起。

右側面板有一個 8 毫米的孔以容納 USB 插頭，但這可能需要根據插頭主體的尺寸加寬。

盒子可以使用與相鄰邊緣對齊并用 M3 x 8mm 自攻螺釘固定的預印孔完全組裝。

文字鑲嵌

該文本作為永久性 3D 打印過程的一部分包含在內，目的是填充每個字符以創建嵌體。

在填充字符之前，可能需要進行一些準備以去除由于過度擠壓而導致的多余材料，這可能會在字符中產生孤島或障礙。使用手術刀或采摘工具去除這些。

字符可以用各種材料填充，油漆、涂改液、指甲油或液體環氧樹脂。在這種情況下，將使用環氧樹脂，這將是 2 部分 1:1 的混合物。

一旦樹脂混合，就加入環氧樹脂顏料，對于這個項目，環氧樹脂顏料是一種白色顏料。

根據粘度、面積和細節程度、干燥時間和清潔表面的難易程度和材料，可以采用不同的應用技術。

這些可能包括注射器、油漆刷、涂抹器或滴管。

將采用使用扦子或雞尾酒棒的滴管技術，將棒浸入樹脂中，然后將小滴樹脂轉移到凹陷處，一旦干燥，樹脂就會固定在適當的位置。

如果過度填充，請少量涂抹并增加填充物；多余的可以用紙巾、棉簽畫筆或竹簽去除。

由于空隙減少，填充百分比越大，字符周圍的任何滲出就越小。這流血了我的結果，樹脂被從被填充的角色中吸出。

您可以重復填充字符，或者在樹脂凝固填充局部空隙后重新填充，以防止進一步流血。

填寫完所有字母后，水平放置直到樹脂固化。

這種技術的另一個例子可以在以前的項目中找到：微二進制時鐘

手術

通過 USB 從合適的電源為函數發生器供電，連接器開口位于右側。

它將初始化并顯示狀態。

這將禁用輸出，最大頻率范圍：1000Hz，頻率 0Hz。

顯示屏周圍的電源指示燈也會發出綠光。

按啟用按鈕打開輸出，將顯示脈沖頻率。

按 Range 按鈕更改最大頻率范圍。

轉動頻率旋鈕調節頻率值。

調整頻率將影響正弦波、鋸齒波和脈沖波形。

然而，由于 D2A 轉換過程，正弦和鋸齒波的頻率將比脈沖輸出的頻率低 16 倍。

正弦波和鋸齒波具有從~100mV 到 3V 的獨立幅度控制。

脈沖輸出電壓固定在最大值 3V。

但是，輸出端的分壓器將允許使用公式設置不同的電壓。

Vout = 3V*Rout/Rtotal 其中 Rtotal = Rin+ Rout 從輸出串聯到 0V，輸出取自兩個電阻器的中心抽頭。

如果 Rin = 10K 且 Rout = 5K，則 3V*5K/15K = 1V 最大值。

可以使用 4mm 香蕉插頭、鏟形連接器或松散的電線連接到輸出端子。

此外，輸出接線柱之間的間距與 BNC 至 2x 4mm 香蕉插頭適配器兼容，允許在需要時使用同軸電纜。

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