ساخت موج سینوسی (AC) با آردوینو

در این آموزش، ما از یک شیفت رجیستر 74HC165 (PISO) برای ایجاد یک موج سینوسی با فرکانس پایین استفاده می کنیم که می تواند ولتاژهای سینوسی را در مقیاس زمانی ثانیه تا دقیقه ایجاد کند.

شیفت رجیستر چگونه کار میکند؟

قبل از اینکه این پروژه را شروع کنیم، باید اطلاعاتی در زمینه شیفت رجیستر دریافت کنیم.

قلب یک شیفت رجیستر مبتنی بر فلیپ فلاپ است. فلیپ فلاپ یک سلول حافظه بای استبل است که می‌تواند در دو حالت 1 یا 0 وجود داشته باشد. هنگامی که آن را روی یک حالت خاص تنظیم می‌کنید، تا زمانی که یک پالس ساعت دیگر آن را در حالت دیگری تنظیم کند، در حالت قبلی میماند. یک شیفت رجیستر از چندین فلیپ فلاپ تشکیل شده است که بسته به هدف به روش های مختلف به یکدیگر متصل شده اند.

شکل 1 دو ترانزیستور را نشان می‌دهد که سیم‌کشی شده‌اند به طوری که اگر از طریق سوئیچ set به پایه Q1 ارسال شود، خاموش می‌شود و باعث بالا رفتن کلکتور آن می‌شود که Q2 را به حالت “ON” وادار می‌کند. همانطور که کلکتور Q2 برابر Low می شود، Low را روی پایه Q1 تقویت می کند. زمانی که یک پالس Low دوم به پایه Q2 برسد، آن را دوباره OFF کرده و Q1 را روشن میکند. این همچنین به عنوان یک مولتی ویبراتور bistable شناخته می شود.

در شکل 2، یک فلیپ فلاپ گیت منطقی واقعی را می بینیم که دارای یک پین داده است که در آن داده ها را به صورت 0 یا 1 می خواند، و پین یک ساعت که آن حالت داده را در فلیپ فلاپ کلاک می کند و باعث در دسترس شدن آن می شود.

این فلیپ فلاپ نوع D یک نوع متداول فلیپ فلاپ است. هر بار که یک پالس ساعت می رسد، وضعیت هر چیزی که روی پایه D است را در پین ​​Q کپی می کند.

شکل 3 اساس یک شیفت رجیستر سری در خروجی موازی (SIPO) را نشان می دهد. این یک زنجیره از فلیپ فلاپ های نوع D است، بنابراین خروجی هر کدام ورودی فلیپ فلاپ بعدی را تغذیه می کند. از آنجایی که همه آنها به طور همزمان با هم کلاک می شوند، وضعیت ورودی در D1 تا زمانی که در آخرین خروجی Q ظاهر شود تبدیل به کلاک می شود یا حرکت می کند. در حالی که این در حال انجام است، یک نسخه موازی از این داده ها در تمام خروجی های Q به عنوان یک نیبل (نیم بایت) ارائه می شود.

شکل 4 یک شیفت رجیستر موازی در خروجی سریال (PISO) را نشان می دهد. در اینجا، یک نیبل موازی از طریق یک پالس فعال از پیش تنظیم شده در فلیپ فلاپ ها بارگذاری می شود. مجدداً، سیگنال ساعت به طور پیوسته آنها را به سمت انتها هدایت می کند که منجر به تبدیل موازی به سری می شود. اگر سریال ورودی و خروجی سریال به یکدیگر متصل باشند، هر دو PISO و SIPO اساس یک کانال ارتباطی خواهند بود. از آنجایی که هر فلیپ فلاپ برای تغییر به دو نیم سیکل ساعت نیاز دارد، عملاً بر دو تقسیم می شود.

مولد موج سینوسی با آردوینو

ایجاد نوسانگرهای موج سینوسی، مثلثی و مربعی معمولاً با اسیلاتورها با استفاده از مقاومت و خازن به عنوان عناصر زمان‌بندی انجام می‌شود. این به خوبی در فرکانس های بالاتر کار می کند. وقتی چیزی با فرکانس بسیار پایین‌تر می‌خواهید، یعنی مثلا میخواهید برای استخر خود یک مولد امواج دریا طراحی کنید و فرکانس کمتر از 1 هرتز و شاید حتی 1/10 هرتز را می‌خواهید، در نهایت با مقادیر خازن بسیار بزرگ (بزرگ و گران‌قیمت) در مدار RC مواجه خواهید شد.

مدار زیر بسیار پایدار است زیرا به هیچ مقدار RC وابسته نیست و فرکانس فقط با فرکانس کلاک متناسب است. این مثال با دقت مناسبی کار میکند.

برای ساخت مولد موج سینوسی به این قطعات نیاز دارید:

• آردوینو اونو
• سیم های جامپر
• برد بورد
• 74HC595 PISO shift register
• مقاومت ها: 10K(1X)، 27K(2X)، 33K(2X)، 47K(3X)، 100K(2X)
• خازن ها: 0.1uF ، 0.47uF

ژنراتور موج سینوسی چگونه کار می کند

یک بیت Low از طریق رجیستر شیفت 8 بیتی کلاک می شود. همانطور که هر خروجی Q برابر »خص می شود، جریان را از طریق مقاومت روی آن پین می کشد و یک تقسیم کننده پتانسیل را تشکیل می دهد و ولتاژی تولید می کند که وابسته به مقدار مقاومت است. اگر اینها به درستی محاسبه شوند، یک نقطه روی منحنی موج سینوسی تشکیل می دهند. از آنجایی که تنها هشت (8) نقطه در تصویر زیر وجود دارد، کمی خشن به نظر می رسد. اما اگر یک خازن (یا است یک فیلتر پایین گذر مناسب) اضافه کنیم، هارمونیک های مربع حذف می شوند و یک موج سینوسی با فرکانس پایین قابل قبول ایجاد می کنند.

این مدار قادر به تولید امواج سینوسی پایدار فرکانس در زیر 1 هرتز بود. اگر می خواهید جلوتر بروید، از تمام 16 بیت 74HC595 و یک فیلتر پایین گذر دو مرحله ای مناسب استفاده کنید. این یک موج سینوسی با 1/16 مرحله ایجاد می کند. شکل موج خام تنها 6% اعوجاج دارد اما با فیلتر، در حدود 1 درصد اعوجاج دارد. اگر در مورد چیزی سوالی دارید، حتماً نظر خود را در زیر بنویسید!

برای دانلود فایل ها باید حساب کاربری داشته باشید ثبت نام / ورود