Arduino ժամաչափեր ՝ 8 նախագիծ ՝ 10 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Arduino Uno- ն կամ Nano- ն կարող են ճշգրիտ թվային ազդանշաններ առաջացնել վեց նվիրված քորոցների վրա `օգտագործելով երեք ներկառուցված ժամաչափերը: Դրանք պահանջում են ընդամենը մի քանի հրաման ՝ գործարկելու համար ոչ մի պրոցեսորի ցիկլ օգտագործելու համար:

Theամաչափերի օգտագործումը կարող է վախեցնել, եթե սկսեք ATMEGA328 ամբողջական տվյալների թերթից, որը պարունակում է 90 էջ նվիրված իրենց նկարագրությանը: Մի քանի ներկառուցված Arduino հրամաններ արդեն օգտագործում են ժամաչափերը, օրինակ ՝ millis (), delay (), tone (), AnalogWrite () և servo գրադարանը: Բայց նրանց ամբողջ ուժն օգտագործելու համար հարկավոր է դրանք կարգավորել գրանցամատյանների միջոցով: Ես այստեղ կիսում եմ մի քանի մակրո և գործառույթներ `դա ավելի հեշտ և թափանցիկ դարձնելու համար:

Theամաչափերի շատ կարճ ակնարկից հետո հետևեք 8 հիանալի նախագծերի, որոնք ապավինում են ժամաչափերի հետ ազդանշանի ստեղծմանը:

Քայլ 1: Պահանջվող բաղադրիչներ

Բոլոր 8 նախագծերն իրականացնելու համար ձեզ հարկավոր է.

• Arduino Uno կամ համատեղելի
• Վահանի նախատիպ ՝ մինի նախատախտակով
• 6 breadboard jumper մալուխներ
• 6 կարճ տախտակի թռիչք (պատրաստեք ինքներդ ձեզ 10 սմ ամուր միջուկի միացման մետաղալարից)
• 2 կոկորդիլոսի կապար
• 1 սպիտակ 5 մմ LED
• 220 Օմ դիմադրություն
• 10kOhm դիմադրություն
• 10 կՕմ պոտենցիոմետր
• 2 կերամիկական 1muF կոնդենսատոր
• 1 էլեկտրոլիտիկ 10muF կոնդենսատոր
• 2 դիոդ ՝ 1n4148 կամ նմանատիպ
• 2 միկրո սերվո շարժիչ SG90
• 1 8 Օմ բարձրախոս
• 20 մ բարակ (0.13 մմ) էմալապատ մետաղալար

Քայլ 2. Ազդանշանի ստեղծման համար Arduino ժամաչափերի ակնարկ

Timer0- ը և timer2- ը 8-բիթ ժամաչափ են, ինչը նշանակում է, որ դրանք կարող են հաշվել 0-ից մինչև 255 առավելագույնը: Erամաչափը 16-բիթ ժամաչափ է, ուստի այն կարող է հաշվել մինչև 65535: Յուրաքանչյուր ժամաչափ ունի երկու հարակից ելքային կապ `6 և 5 ժամաչափի համար 0, 9 և 10 ժամաչափի համար 1, 11 և 3 ժամաչափի համար 2: Timամաչափը ավելանում է Arduino ժամացույցի յուրաքանչյուր ցիկլով կամ արագությամբ, որը կրճատվում է նախնական չափման գործոնով, որը կամ 8, 64, 256 կամ 1024 է (ժամանակաչափի համար թույլատրվում են նաև 32 և 128): Ersամաչափերը հաշվում են 0 -ից մինչև «TOP», այնուհետև նորից (արագ PWM) կամ ներքև (փուլը ճիշտ PWM): Այսպիսով, «TOP» - ի արժեքը որոշում է հաճախականությունը: Ելքային կապերը կարող են սահմանել, վերակայել կամ շրջվել Ելքային Համեմատության Ռեգիստրի արժեքի վրա, այնպես որ դրանք որոշում են աշխատանքային ցիկլը: Միայն timer1- ն ունի երկու ելքային կապում հաճախականությունն ու աշխատանքային ցիկլերը ինքնուրույն սահմանելու ունակություն:

Քայլ 3: LED թարթում

Ամենացածր հաճախականությունը, որին կարելի է հասնել 8-բիթ ժամաչափերով, 16 ՄՀց է ((511*1024) = 30, 6 Հց: Այսպիսով, LED- ը 1Hz- ով թարթելու համար մեզ անհրաժեշտ է ժմչփ 1, որը կարող է հասնել 256 անգամ փոքր հաճախությունների ՝ 0.12 Հց հաճախականությունների:

Միացրեք LED- ն իր անոդով (երկար ոտքով) pin9- ին և միացրեք նրա կաթոդը 220 Օմ դիմադրիչով գետնին: Վերբեռնեք ծածկագիրը: LED- ը կթարթվի ուղիղ 1 Հց հաճախականությամբ ՝ 50%աշխատանքային ցիկլով: The loop () գործառույթը դատարկ է. Ժամաչափը սկզբնավորվում է setup- ում () և լրացուցիչ ուշադրության կարիք չունի:

Քայլ 4: LED Dimmer

Իմպուլսային լայնության մոդուլյացիան LED- ի ինտենսիվությունը կարգավորելու արդյունավետ միջոց է: Պատշաճ վարորդի առկայության դեպքում դա նաև նախընտրելի մեթոդ է `էլեկտրաշարժիչների արագությունը կարգավորելու համար: Քանի որ ազդանշանը կա՛մ 100% միացված է, կա՛մ 100% անջատված, ոչ մի էներգիա չի վատնվում մի շարք դիմադրության վրա: Հիմնականում դա նման է LED- ն ավելի արագ բռնկելուն, քան կարող է հետևել աչքը: 50Hz- ը սկզբունքորեն բավարար է, բայց այն կարող է դեռ մի փոքր թրթռալ, և երբ LED- ն կամ աչքերը շարժվում են, կարող է առաջանալ անհանգստացնող ոչ շարունակական «հետք»: Օգտագործելով 64-ի նախնական սանդղակը 8-բիթ ժամաչափով, մենք ստանում ենք 16 ՄՀց/(64*256) = 977 Հց, որը համապատասխանում է նպատակին: Մենք ընտրում ենք timer2- ը, որպեսզի timer1- ը հասանելի լինի այլ գործառույթների համար, և մենք չենք միջամտում Arduino time () գործառույթին, որն օգտագործում է timer0- ը:

Այս օրինակում աշխատանքային ցիկլը, և, հետևաբար, ինտենսիվությունը, կարգավորվում է պոտենցիոմետրով: Երկրորդ LED- ը կարող է ինքնուրույն կարգավորվել նույն ժամաչափով ՝ 3 -րդ կապում:

Քայլ 5: Թվային-անալոգային փոխարկիչ (DAC)

Arduino- ն չունի իրական անալոգային ելք: Որոշ մոդուլներ վերցնում են անալոգային լարումը `պարամետրը կարգավորելու համար (ցուցադրման հակադրություն, հայտնաբերման շեմ և այլն): Միայն մեկ կոնդենսատորով և ռեզիստորով, ժամանակաչափը կարող է օգտագործվել 5 մՎ կամ ավելի բարձր լուծաչափով անալոգային լարման ստեղծման համար:

Ածր անցման ֆիլտրը կարող է «միջինացնել» PWM ազդանշանը անալոգային լարման: Կոնդենսատորը ռեզիստորի միջոցով միացված է PWM քորոցին: Բնութագրերը որոշվում են PWM հաճախականությամբ և ռեզիստորի և կոնդենսատորի արժեքներով: 8-բիթ ժամաչափերի լուծաչափը կլինի 5V/256 = 20mV, ուստի մենք ընտրում ենք Timer1- ը `10-բիթանոց լուծում ստանալու համար: RC- ի սխեման առաջին կարգի ցածրորակ զտիչ է և այն կունենա ինչ-որ ալիք: RC սխեմայի ժամանակային մասշտաբը պետք է շատ ավելի մեծ լինի, քան PWM ազդանշանի ժամանակահատվածը `ալիքը նվազեցնելու համար: Periodամանակահատվածը, որը մենք ստանում ենք 10 բիթ ճշգրտության համար, 1024/16 ՄՀց = 64 մուս է: Եթե մենք օգտագործում ենք 1muF կոնդենսատոր և 10kOhm դիմադրություն, RC = 10ms: Պիկ-գագաթնակետ ծածանը առավելագույնը 5V*0.5*T/(RC) = 16mV է, որն այստեղ բավարար է համարվում:

Նկատի ունեցեք, որ այս DAC- ն ունի շատ բարձր ելքային դիմադրություն (10kOhm), ուստի լարումը զգալիորեն կնվազի, եթե հոսանք քաշի: Դրանից խուսափելու համար այն կարող է բուֆերացվել opamp- ով, կամ կարող է ընտրվել R- ի և C- ի այլ համադրություն, օրինակ ՝ 1kOhm ՝ 10muF- ով:

Օրինակում, DAC- ի ելքը ղեկավարվում է պոտենցիոմետրով: Երկրորդ անկախ DAC ալիքը կարող է գործարկվել timer1- ի հետ pin 10 -ում:

Քայլ 6: Մետրոնոմ

Մետրոնոմը օգնում է հետևել ռիթմին երաժշտություն նվագելիս: Շատ կարճ իմպուլսների դեպքում arduino ժամաչափի ելքը կարող է սնվել անմիջապես բարձրախոսին, ինչը հստակ լսելի կտտոցներ կտա: Պոտենցիոմետրով հարվածի հաճախականությունը կարող է կարգավորվել 40 -ից 208 զարկ / րոպեում ՝ 39 քայլով: Erամաչափ 1 -ը անհրաժեշտ է ճշգրտության համար: «TOP» - ի արժեքը, որը որոշում է հաճախականությունը, փոփոխվում է loop () գործառույթի ներսում, և դա ուշադրություն է պահանջում: Այստեղ տեսնում եք, որ WGM ռեժիմը տարբերվում է ֆիքսված հաճախականություն ունեցող այլ օրինակներից. Այնուամենայնիվ, սա նշանակում է, որ մենք կարող ենք օգտագործել միայն 1 ելքային փին:

Քայլ 7: Ձայնի սպեկտր

Մարդը կարող է լսել ձայնի հաճախությունների ավելի քան 3 կարգ ՝ 20 Հց -ից մինչև 20 կՀց: Այս օրինակը պոտենցիոմետրով ստեղծում է ամբողջ սպեկտրը: 10muF կոնդենսատորը դրվում է բարձրախոսի և Arduino- ի միջև ՝ DC հոսանքը արգելափակելու համար: Timer1- ը արտադրում է քառակուսի ալիք: Waveform սերնդի ռեժիմն այստեղ Phase-correct PWM է: Այդ ռեժիմում հաշվիչը սկսում է հաշվել հետընթաց, երբ այն հասնում է վերևի, ինչը հանգեցնում է իմպուլսների, որոնց միջին արժեքը հաստատված է, նույնիսկ այն դեպքում, երբ աշխատանքային ցիկլը տատանվում է: Այնուամենայնիվ, այն նաև հանգեցնում է մի ժամանակաշրջանի, որը (գրեթե) կրկնակի է, և պարզապես պատահում է, որ նախնական 8 -ով ժամանակաչափը 1 -ը ընդգրկում է լսելիության ամբողջ սպեկտրը ՝ առանց նախնական սանդղակը փոխելու անհրաժեշտության: Նաև այստեղ, քանի որ TOP- ի արժեքը փոխվում է անընդհատ, OCR1A- ի օգտագործումը որպես վերև նվազեցնում է անսարքությունները:

Քայլ 8: Servo Motors

Կան հզոր սերվո գրադարաններ, բայց եթե դուք ունեք ընդամենը երկու սերվո քշելու համար, ապա կարող եք դա անել անմիջապես ժամաչափով 1, և այդպիսով նվազեցնել պրոցեսորը, հիշողության օգտագործումը և խուսափել ընդհատումներից: Հանրաճանաչ SG90 servo- ն ընդունում է 50 ՀՀ ազդանշան, և զարկերակի երկարությունը կոդավորում է դիրքը: Իդեալական ժամանակաչափի համար 1. Հաճախականությունը ֆիքսված է, այնպես որ ինչպես pin9- ի, այնպես էլ pin 10 -ի ելքերը կարող են օգտագործվել սերվոները ինքնուրույն ղեկավարելու համար:

Քայլ 9. Լարման կրկնապատկիչ և ինվերտոր

Երբեմն ձեր նախագիծը պահանջում է 5 Վ -ից բարձր լարման կամ բացասական լարման: Դա կարող է լինել MOSFET գործարկելը, պիեզո տարրը գործարկելը, opamp- ը միացնելը կամ EEPROM- ի վերակայումը: Եթե ընթացիկ քաշքշուկը բավական փոքր է ՝ մինչև 5 մԱ, լիցքավորման պոմպը կարող է լինել ամենապարզ լուծումը. Ընդամենը 2 դիոդ և երկու կոնդենսատոր, որոնք միացված են ժամանակաչափից իմպուլսային ազդանշանին, թույլ են տալիս կրկնապատկել arduino 5V- ը մինչև 10V: Գործնականում կա դիոդի 2 կաթիլ, ուստի գործնականում դա ավելի շատ նման կլինի 8.6 Վ երկկողմանի, կամ -3.6 Վ ինվերտորի համար:

Քառակուսի ալիքի հաճախականությունը պետք է բավարար լինի դիոդների միջոցով բավարար լիցք մղելու համար: 1muF կոնդենսատորը տեղափոխում է փոփոխության 5muC, երբ լարումը փոխվում է 0 -ից մինչև 5V, այնպես որ 10mA հոսանքի դեպքում հաճախականությունը պետք է լինի առնվազն 2kHz: Գործնականում ավելի բարձր հաճախականությունն ավելի լավ է, քանի որ այն նվազեցնում է ալիքը: Timամաչափ 2 -ով առանց նախնական չափման 0 -ից 255 -ը հաշվարկվում է, հաճախականությունը `62.5 կՀց, ինչը լավ է աշխատում:

Քայլ 10: Անլար էներգիայի փոխանցում

Սովորական չէ, որ խելացի ժամացույցը լիցքավորվի առանց մալուխների, բայց նույնը հեշտությամբ կարող է մաս կազմել Arduino նախագծին: Բարձր հաճախականության ազդանշան ունեցող կծիկը կարող է ուժը փոխանցել մոտակա մեկ այլ կծիկ ինդուկցիայի միջոցով ՝ առանց էլեկտրական շփման:

Նախ պատրաստեք կծիկները: Ես օգտագործել եմ 8,5 սմ տրամագծով թղթե գլան և 0,13 մմ տրամագծով էմալապատ մետաղալար ՝ 2 ոլորուն պատրաստելու համար. Առաջնայինը ՝ 20 պտույտով, երկրորդը ՝ 50 պտույտով: Այս տիպի կծիկի N- ոլորուններով և R շառավղով ինքնա-ինդուկտիվությունը կազմում է m 5muH * N^2 * R. Այսպիսով, N = 20-ի և R = 0.0425- ի համար տրվում է L = 85muH, ինչը հաստատվել է բաղադրիչ փորձարկողի միջոցով: Մենք արտադրում ենք 516kHz հաճախականությամբ ազդանշան, որի արդյունքում ստացվում է 2pi*f*L = 275Ohm դիմադրություն: Սա այնքան բարձր է, որ Arduino- ն չի անցնում գերհոսանք:

Կծիկն առավել արդյունավետ գործարկելու համար մենք կցանկանայինք օգտագործել իսկական AC աղբյուր: Կա մի հնարք, որը կարելի է անել. Ժամաչափի երկու ելքերը կարող են գործարկվել հակառակ փուլում ՝ ելքերից մեկը շրջելով: Այն սինուս ալիքին ավելի նմանեցնելու համար մենք օգտագործում ենք Phase-correct PWM- ը: Այս կերպ, կապի 9 -ի և 10 -ի միջև, լարումը փոխվում է երկուսն էլ `0V- ի, կապի 9 +5V- ի, երկուսն էլ` 0V- ի, կապի 10 +5V- ի միջև: Ազդեցությունը նկարում ցուցադրվում է շրջանակի հետքից (1024 նախնական չափերով, այս խաղալիքի շրջանակը մեծ թողունակություն չունի):

Միացրեք առաջնային կծիկը 9 և 10. կապում միացրեք LED- ը երկրորդական կծիկին: Երբ երկրորդային կծիկը մոտենում է առաջնայինին, LED- ը պայծառ լուսավորվում է: