Собственный генератор прямоугольных импульсов 1 МГц на Arduino Nano — простое PWM-устройство

Компоненты и материалы

• Arduino Nano R3 — 1 шт.
• LCD-дисплей 16×2 (белый на синем) — 1 шт.
• Тактильные кнопки — 3 шт.
• Подстроечный резистор 10 кОм — 1 шт.

Необходимые инструменты и сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Это простой генератор прямоугольных импульсов, использующий библиотеку TimerOne для формирования PWM-сигнала на пине 9 в диапазоне от ~5 Гц до 1 МГц с регулировкой коэффициента заполнения от 0 до 100%.

Устройство очень простое и состоит всего из нескольких компонентов:

• Микроконтроллер Arduino Nano
• LCD-дисплей
• Три подтягивающих резистора
• Три кнопки

Генератор позволяет регулировать период следования импульсов кнопками на входах D6 и D7. Вход D13 служит для регулировки коэффициента заполнения. Значения периода и коэффициента заполнения отображаются в первой строке LCD, частота — во второй.

Минимальный шаг изменения периода — 1 мкс, поэтому частота меняется дискретно: 1 мкс = 1 МГц, 2 мкс = 500 кГц, 3 мкс = 333,333 кГц и так далее. По мере уменьшения частоты плавность регулировки возрастает. На высоких частотах это неудобно, но такова цена простоты. В одном из предыдущих проектов я описывал похожее устройство на специализированном DDS-чипе, лишенном этих недостатков и с большим диапазоном, но более сложном в сборке.

Для визуализации выходного сигнала использовался одноканальный осциллограф. Готовое устройство размещено в корпусе и стало еще одним полезным инструментом в лаборатории.

Исходный код

#include 
#include 

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // RS, E, D4, D5, D6, D7
unsigned long t = 1000, f, k = 512; // по умолчанию 1000 мкс (1000 Гц), меандр
byte k1, kn, kn1, kn2;
int drive, drive0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(6, INPUT); // кнопка уменьшения периода
  pinMode(7, INPUT); // кнопка увеличения периода
  pinMode(13, INPUT); // кнопка изменения коэффициента заполнения
}

void loop() {
  Timer1.initialize(t);        // период
  Timer1.pwm(9, k);            // k — коэффициент заполнения 0-1023

  kn = digitalRead(6);   // кнопка на входе 6 (- период)
  kn1 = digitalRead(7);  // кнопка на входе 7 (+ период)
  kn2 = digitalRead(13); // кнопка на входе 13 (+ коэф. заполнения)

  if (kn == HIGH) { // уменьшение периода
    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) { // увеличение периода
    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; // ограничение минимума
  if (t > 200000 && t < 300000) t = 200000; // ограничение максимума

  f = 1000000 / t;          // расчет частоты
  k1 = k * 100 / 1024;      // расчет % заполнения

  if (kn2 == HIGH) { // регулировка коэффициента заполнения
    k = k + 16; // шаг 16 из 1024 (можно 8 для плавнее)
  }
  if (k == 1024) k = 0;

  // вывод на дисплей
  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(" ");
}

Схема