segunda-feira, 4 de janeiro de 2016

Gerador de Funções - Semi Profissional com XR2206 e Arduino







GERADOR DE FUNÇÕES - ABMS-FG001



Este projeto foi baseado no Gerador de Funções Semi Profissional da WRKits e modificado pela ArduinoByMyself para melhores condições de trabalho.

A intenção é mostrar as funcionalidades dos circuitos e dos componentes.

O produto não é comercializável, e trata-se do tipo "Faça você mesmo", não nos responsabilizamos por erros de interpretação nos processos e montagem final, e não forneceremos mais detalhes construtivos além do que está postado no blog.
Não cobramos por direitos autorais, o projeto pode ser modificado sem aviso prévio pelo autor, bem como pode ser utilizado pelo público sem necessidade de autorização.

Todas as funcionalidades foram testadas previamente em proto-board e posteriormente elaborado  confeccionadas as placas de circuito impresso.

Os diagramas dos circuitos foram elaborados em Eagle - CAD e estamos disponibilizando as versões finais, bem como o layout das placas de circuito impresso e o software.
A confecção das placas foi realizada de modo "amador" utilizando o método de sensibilização  da tinta foto-sensível com luz ultra violeta e revelação por barrilha leve, com posterior corrosão utilizando percloreto de ferro.



DESCRIÇÃO GERAL:
Este equipamento foi projetado para gerar sinais nos seguintes formatos: Senoidal(SIN), Quadrada(SQR) e Triangular(TRI).
Utiliza o  circuito integrado da EXAR XR2206 como componente principal na etapa de geração dos sinais.
Possui um circuito formatador de sinal para níveis TTL.
Um circuito amplificador de sinais permite obter sinais de até 8 Vpp na saída.
Possui saída digital (con níveis TTL) para onda quadrada e também analógica DC/AC para ondas Triangular e Senoidal.
Circuito de controle utilizando ATMEGA328 com bootloader do Arduino (permite monitorar o sistema e fazer indicações de: frequência, período, amplitude, formato de onda e range de frequências.



FUNCIONALIDADES AGREGADAS:
Alcance de Frequências: 10 - 700KHz (para uma maior precisão, temos potenciômetros de ajuste grosso e fino );
Amplitude (a amplitude pode variar de 0 a 8V);
Saídas com acoplamento DC e AC (50 e 600 Ohms);
Saída de sinal TTL (5V sem componente DC) para onda quadrada;
Chave seletora de formato de onda (SIN, SQR e TRI);
Chave seletora de frequência com os seguintes alcances:
0             -  100Hz
100Hz    -  1KHz
1KHz     -  10KHz
10KHz   -  100KHz
100KHz -  1MHz
Push-Button Up/Down para seleção de opções no menu do display;
Display LCD 20x4 para observar informações tais como: Frequência, Período, Formato de onda, alcance de frequências e Amplitude do sinal;
LED para indicar sistema ligado/desligado;
Pontos de monitoração de tensões de alimentação (+5V, -5V, GND, +15V -15V);
Chave Liga/Desliga geral;
Alimentação AC
Chave seletora AC 110/220V
Fusível de proteção (500mA);
Unidade de ventilação forçada (Ventoinha/FAN);


COMPONENTES:
Abaixo a lista de componentes de cada uma das placas que compõem o equipamento.

Placa 1 (Gerador de funções):
C1         470p
C2         10u
C3         100n
C4         100n
C5         10u
C6         1u
C7         100n
C8         10n
C9         1n
F_COARSE   10K Linear Potentiometer
F_FINE     1K Linear Potentiometer
IC1        XR2206CP
JP1        WF_SW_A - Rotary Switch 1xPole3xPosition A
JP2        Power
JP3        WF_SW_B - Rotary Switch 1xPole 3xPosition B
JP4        Range SW - Rotary Switch 1xPole 5xPosition
OFFSET_ADJ 2M - Trimmer
R1         390R
R2         1K
R3         1K
R4         390R
R5         56K
R6         1K
R7         1K
R8         1K
R9         1K2
R10       1K5
R11       10K
SIMETRY    33K - Trimmer
SINE_ADJ   1K - Trimmer
SQR_ADJ    3K3 - Trimmer
T1         BC547
T2         BSX20
TRI_ADJ    47K
X1        Board RCA connector (saída de sinal para o amplificador)
X2        Board RCA connector (saída de sinal para o conversor TTL)

Placa 2 (Amplificador de sinal):
AMPLITUDE 10K LOG
C1        100u
C2        15p
C3        470u
C4        470u
C5        100u
D1        1N4148
D2        1N4148
JP1        PINHD-1X3 POWER (alimentação da placa)
JP2       conexão para medida de amplitude
JP3       Saída DC
JP4       Saída AC
OFF_SET   1K Trimmer
Q1        BC557
Q2        BD139
Q3        BC549B
Q4        BC549B
Q5        BD140
R1        47R
R2        1K
R3        10K
R4        10R
R5        3K3
R6        12K
R7        47R 10W
R8        10R
R9        100R
R10       1K5
R11       3K3
R12       1K
R13       5K6
R14       680R
X1        AK300/3 (alimentação)
X2        Board RCA connector (entrada de sinal vindo da placa gerador)

Placa 3 (controle uProcessado):
C1       100n
C2       100n
C3       22p
C4       22p
IC1      MEGA8-P
JP1                     PINHD-1X2
JP2                     PINHD-1X5
JP3                     PINHD-1X5
JP4                     PINHD-1X4
JP5                     PINHD-1X2
JP6                     PINHD-1X3
JP7                     PINHD-1X4
JP8                     PINHD-1X6
JP9                     PINHD-1X2
JP10                    PINHD-1X2
JP11                    PINHD-1X3
Q1       16M            XTAL/S
R1       10K
R2       10K
R3       10K
R4       10K
R5       10K
R6       10K
R7       10K
R8       10K
R9       10K
R10      10K
R11      10K
S1         TAC_SWITCHPTH (reset)

Placa 4 (conversor TTL):
C1       100n
C2       100n
D1       1N5231
IC1      LF356N
IC2      4093N
JP1      PINHD-1X4 (alimentação)
JP2      FREQ (saída para o frequencimetro)
R1       4K7
R2       10K
R3       1K
U$1      BNCPTH (Conector BNC para a saída TTL)
X1       WBTOR1 (entrada do sinal proveniente da placa gerador)

Placa 5 (fonte de alimentação simétrica):
B1       GBU4
C1       220u
C2       100n
C3       1000u
C4       100u
C5       220n
C6       220u
C7       22u
C8       1000u
C9       100u
C10      220n
IC1                     78XXS
IC2                     78XXS
IC3                     79XXS
IC4                     79XXS
JP1                     PINHD-1X2
JP2                     PINHD-1X5
JP3                     PINHD-1X5
JP4                     PINHD-1X5
JP5                     PINHD-1X5
JP6                     PINHD-1X5
JP7                     PINHD-1X5
R1       2K2/2W
X1                      AK300/5
X2                      AK300/3
X3                      AK300/2
X4                      AK300/2
X5                      AK300/2
X6                      AK300/3
X7                      AK300/3



DIAGRAMAS & HARDWARE:

Placa 1 (Gerador de funções):
JP2 - alimentação
JP4 - Chave de seleção de frequências (Range) setor A
JP3 - Chave de seleção do formato de onda setor B
JP1 - Chave de seleção do formato de onda setor A
X1 - saída para o amplificador
X2 - Saída para o conversor TTL

 






Placa 2 (Amplificador de sinal):

X2 - Entrada de alimentação
JP1 - pontos de alimentaçãoWBTOR1 - RCA sinal vindo da placa gerador
JP2 - saída para monitoração de amplitude
JP3 - saída DC
JP4 - saída AC






Placa 3 (Controle):
JP1 - SINAL DE MONITORAÇÃO DE AMPLITUDE (vem do amplificador)
JP2 - DISTRIBUIÇÃO ALIMENTAÇÃO GND
JP3 - DISTRIBUIÇÃO ALIMENTAÇÃO +5v
JP4 - BARRAMENTO I2C DO LCD
JP5 - ALIMENTAÇÃO 5v
JP6 - NÃO USADO
JP7 - CHAVE SELETORA DE FORMATO DE ONDA SETOR C
JP8 - CHAVE SELETORA DE FREQUENCIA SETOR B
JP9 - NÃO USADO
JP10 - SINAL DE MONITORAÇÃO DE FREQUENCIA (vem do conversor TTL)
JP11 - NÃO USADO






Placa 4 (Conversor TTL):
JP1 - alimentação da placa
X1 - Entrada de sinal proveniente da placa gerador
WBTOR1 - saída de sinal TTL
JP2 - Sinal para monitoração de frequência






Placa 5 (fonte de alimentação simétrica):







SOFTWARE:
Todo as versões de software desenvolvidas para Arduino podem ser obtidas no GitHub abaixo:

https://github.com/Arduinobymyself/FunctionGeneratorABMS.git

Bem como os arquivos de esquema e placa para o eagle.


FOTOS E VIDEOS:

Fotos tiradas durante a montagem e testes realizados.


Projeto básico do controlador

Projeto básico do amplificador de sinal


Projeto básico do conversor TTL


Fonte de alimentação +15V, -15V, +5V, -5V e GND

Gerador XR2206 sob teste

Onda Quadarada a 100KHz

Onda senoidal


Onda Triangular

Eagle CAD do gerador de sinal




XR2206 da EXAR sob teste




Circuito completo do Gerador de sinais




Placa da Fonte de alimentação



Placa da fonte de alimentação já corroída e devidamente cortada




Placa feita para acomodar as Switches de Range e Forma de onda




Chave Rotativa de 3 polos e 3 posições - seleção do formato de onda


Chave Rotativa de 1 polo e 5 posições - seleção do Range de frequencias



Toda soldagem será feita nos pinos externos para não danificar a chave que é sensível

Fonte mais transformador

Fonte mais chave geral e fusível



Detalhe da chave geral, fusível e chave seletora 110-220




Detalhe da soldagem da fonte de alimentação






Montagem do painel frontal - as 2 chaves, os 3 potenciômetros, os 3 BNC de saída de sinal e o display LCD


Painel montado





Caixa da montagem em padrão instrumental




Painel Traseiro com a FAN, chave geral, Chave seletora 110-220 e bornes com os pontos de alimentação.... dá pra usar as tensões em pequenos projetos

Alojamento do Trafo e fonte

Conexões do painel traseiro




Placa do Gerador





Iniciando as soldagem dos componentes






Conectores BNC para interconexão entre as placas com cabo blindado




Placa do amplificador de sinal






Placa do Controlador com arduino... faz o controle do LCD para mostrar as informações: Frequencia, Período, Range, Formato de onda, Amplitude, etc.....






Placa Controladora e eagle CAD


Placa amplificadora de sinal e eagle CAD

As 3 Placas principais

Soldagem de componentes na placa Amplificadora de sinal


Conector RCA para ligar a placa principal


Placa Geradora (embaixo) e Amplificadora (em cima)


Soldagem da Placa Controladora


"Sandwich" das 3 placas (de baixo pra cima) Gerador, Controlador e Amplificador





Todas as ligações completadas... Projeto funcionando Olha a frequência máxima!?
Logico que o formato das ondas deformam muito, mas até uns 200KHz dá pra usar sem problemas

Range e formato de onda sendo mostrado no display
Controles: da esquerda pra direita potenciômetros Freq Course, Freq Fine, Amplitude
Chave seletora rotativas de: formato de onda (em cima) e Range de frequências (embaixo)
Botões up and down
Led indicador de funcionamento
Display 20 colunas x 4 linhas

Este é so um exemplo do LCD mostrando a precisão (que foi atestada no osciloscópio)



Em breve colocarei um vídeo com o osciloscópio mostrando a precisão dos sinais gerados e do funcionamento em geral
AGUARDE!