Современная электроника №6/2023

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 29 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 6 / 2023 выходной сигнал , снятый с ИУ , может изменяться не только с самой низкой частотой ( например , 1 Гц ), но и вооб - ще без искажений воспроизводить даже постоянную составляющую (0 Гц ). В то же время любой ИУ , даже самый низко - частотный , легко и без искажений про - пускает относительно высокие частоты звукового диапазона (20 кГц и выше ). Во - вторых , практически все без исключения разработки , связанные с получением сигналов звукового частотного диапазона от DDS, исполь - зуют кварцевые резонаторы , как пра - вило , частотой 25 МГц ( обычно для DDS AD9833). Выпускаются даже гото - вые модули , в составе которых исполь - зуется AD9833 и кварцевый резонатор частотой 25 МГц . Однако , как следует из описания (datasheet) DDS (AD9833/ AD9837), их выходная частота опреде - ляется следующим выражением : F OUT = F MCLK /2 28 × FREQREG, (1) где F OUT – частота [ Гц ] на выходе DDS, F MCLK – частота [ Гц ] тактирования DDS, FREQREG – число , загружаемое в спе - циальный регистр частоты DDS. Из формулы (1) можно найти значе - ние FREQREG в зависимости от часто - ты тактирования F MCLK и требуемой частоты F OUT : FREQREG = (F OUT ×2 28 )/ F MCLK . (2) Из формулы (2) следует , что если F MCLK = 25 МГц , или 25×10 6 Гц , и требу - емая частота F OUT должна быть выраже - на точным числом Гц , например , 500 Гц , а 500×2 28 на 25×10 6 нацело не делится , то для получения относительно приемле - мой точности следует использовать деле - ние с плавающей запятой ( ПЗ ), которое , в свою очередь , требует применения в программе соответствующей библиоте - ки с ПЗ , а такая библиотека отнимает до 3–4 кбайтоперативнойпамятиМК (RAM). Для плат Arduino, Raspberry Pi и им подобных ( на базе которых в подавля - ющем большинстве случаев и констру - ируются генераторы на основе DDS) с достаточно большим по меркам МК объёмом RAM это не представляет ника - кой проблемы . Но если использовать обычный 8- разрядный МК с объёмом программной памяти 8 Кбайт и RAM все - го в сотни байт , то использование библи - отеки с ПЗ становится неприемлемым . Однако эта проблема решается относительно просто , если исполь - зовать кварцевый резонатор с часто - той , равной двойке в какой - либо сте - пени , например , 2 24 = 16 777 216, 2 23 = 8 388 608 или 2 22 = 4 194 304. Поскольку максимальная частота так - тирования DDS AD9837B – 16 МГц , а AD9837 А – 5 МГц , то имеет смысл для AD9837B использовать кварце - вый резонатор на частоту 16 777 216 Гц (16,777216 МГц ), а для AD9837 А – 4 194 304 Гц (4,194304 МГц ). Кварце - вые резонаторы на такие частоты выпу - скаются , довольно распространены , а потому легкодоступны и недороги . В настоящей статье применен AD9837B, поэтому для него и используется такто - вая частота F MCLK = 16 777 216 Гц , или 2 24 Гц . В этом случае из формулы (2) сле - дует , что FREQREG = (F OUT ×2 28 )/2 24 = = F OUT ×16, а сама формула (2) суще - ственно упрощается и принимает вид : FREQREG = F OUT ×16. (3) Таким образом , для загрузки FREQREG нужно просто умножить необходимую частоту в Гц на 16, и никаких библиотек с ПЗ не потребу - ется . Как будет видно из дальнейше - го изложения , программная загрузка FREQREG в AD9837B и его запуск зани - мает всего несколько строчек кода на С . В - третьих , для ручного ввода необходи - мой частотыв DDS, как правило , исполь - зуется какой - либо дисплей и несколько кнопок или энкодер , для управления которыми в подавляющем большин - стве случаев также используются пла - ты Arduino и им подобные . Однако , как будет видно из дальнейшего изложения , для ввода частотыдостаточно дисплея и всего двух кнопок , как , например , в элек - тронных часах . Для этого вполне подой - дёт простейший 8- разрядныйМК . Здесь следует заметить , что исполь - зование плат Arduino и им подобных , имеющих довольно большие габа - риты , потребляющих значительную энергию , а потому требующих внеш - него источника питания ( ИП ), натал - кивается на ещё одну проблему . Если ИП построен на базе сетевого транс - форматора , выпрямителя и стабили - затора , то такой ИП является источ - ником сетевых наводок , и в выходном сигнале DDS неизбежно появляется 50- герцовый шум , лежащий в звуко - вом частотном диапазоне , и избавить - ся от этого шума достаточно проблема - тично . Если же ИП построен на основе ВЧ - преобразователя , как , например , ИП для зарядки телефонов , то такой ИП также является источником шума на частотах в несколько кГц , также лежащих в звуковом диапазоне частот , и полностью избавиться от этого шума также не представляется возможным . Если используется малопотребля - ющий DDS, как , например , AD9837B, малопотребляющий дисплей , напри - мер LCD, микропотребляющие стаби - лизаторы , малопотребляющие ОУ и ИУ и , наконец , микропотребляющий МК , например EFM8SB10 (SB – сокращение от Sleepy Bee), то для питания генера - тора вполне достаточно применения небольшого аккумулятора , напри - мер , 18650 размером (d/h) 18×65 мм , напряжением 3,6 В и ёмкостью более 3 А ⋅ ч . В этом случае никаких внешних источников питания не потребуется ( и , естественно , все вышеперечислен - ные наводки и шумы будут полностью исключены ). Как будет видно из даль - нейшего изложения , такой аккумуля - тор способен обеспечивать непрерыв - ную работу генератора в течение , как минимум , 200 часов . А если на дисплей вывести состояние заряженности акку - мулятора , то за ним можно легко сле - дить и вовремя подзаряжать аккумуля - тор внешним ИП от того же телефона . Дальнейшее изложение построено следующим образом . Вначале приведе - ны принципиальные схемы печатной платы и дополнительных устройств прибора , затем – программные средства для него , далее рассмотрены разводка и внешний вид его платы . После этого рассказано о настройке и конструкции прибора , порядке работе с ним и , нако - нец , показаны результаты его работы . Принципиальные схемы Основой схемы платы генерато - ра ( рис . 1) является МК EFM8SB10- QFN20 (DD1) в корпусе для поверх - ностного монтажа QFN20 размером 3×3 мм . Конденсатор C8 блокировоч - ный и положен по штату работы МК . Сопряжение МК с DDS и дисплеем Nokia-5110 организовано по однона - правленному интерфейсу SPI, или , другими словами , в эти устройства только передаётся ( но не принимает - ся ) информация с помощью сигналов SCK и MOSI, а также сигналов выбо - ра кристалла (CS). Для DDS AD9837B (DD3) используется сигнал CSAD, а для дисплея CSD. Для тактирования DD3 используется системный такто - вый сигнал МК SYS_CLK частотой 16 777 216 Гц , который также подает - ся на разъём X5, предназначенный для подключения к частотомеру и служа - щий для точной настройки частоты . Конденсаторы C4–C7 положены по штату работы DD3. Помимо сигналов интерфейса SPI, в дисплей передают - ся сигналы D/C и RES. Все дисплейные сигналы вместе с питанием и « землёй »