製作モジュール一覧

2015年4月11日土曜日

矩形波だけのファンクションジェネレータの構想

アナログ回路用のサイン波はオーディオインターフェイス+WaveGene、タブレットのアプリ+自作LPFである程度いけそうなので、矩形波みたいなデジタル的な出力に絞ったファンクションジェネレータを考えてみた

用途としては

  • デジタル回路の過渡解析
  • アナログ回路の過渡解析

どっちも過渡解析か(^q^;

Arduinoでその都度作っても大して手間ではないが
Arduinoをその他の用途で使ってしまっている場合もあるし
何か今までやっていない回路の実験もしたくなったので(^q^;;;;

ぴゅんぴゅん3号のはんだ付けの気合が入るまでのつなぎという意味もある

要件としては

  1. 矩形波(パルス幅可変)、インパルス関数、ステップ関数が出力できること
  2. 周波数はできるだけ低いところから高いところまでだせること
  3. 波形はできるだけ直角な感じで
  4. できる限り手持ちの部品で

というまたあいまいなところから始めたいと思います

というか

  • I2Cの5V<->3.3Vのレベルシフト
  • 9V電池から5Vと3.3Vを安定に作り出す
  • AVRを外付けクロックで動作させる

というまだやったことのない動作テストという意味合いの方が強いです

まずは余っているケースに必要そうな部品を並べた


単なるデジタル出力なので最初はATiny13で出来るか検討したが
LCDに表示させたり入力にADCを使う関係で不採用

ATiny2313ならPIN数はある程度大丈夫そうだが
手持ちのHD44780互換のLCDだと厚さがケースの天板と基板の余裕を超えてしまうので断念

I2CのLCDを使うとして、ハードウェアでそのままI2Cに対応しているATMega328Pを使うことにした
今、秋月で見たらATiny2313が230円、ATMega328Pが250円だったので無理して使う必要もないかな(^q^;
波形切替はロータリーエンコーダーを使う方向で考えてみた

プッシュで、矩形波→インパルス関数→ステップ関数の切り替え
回転で矩形波のパルス幅の増減だ

5Vのリニアレギュレーターと電解コンデンサーは高さオーバーするので横に寝かして実装するつもりだ

並べてみると入出力用のデバイスのサイズはでかい(@@;

やはりタッチスクリーンはマウス並に偉大な発明だと思う

本体側


9V電池が縦方向だと収まらない

なかなか扱いの難しいケースだ(@@;

この機会に使わないと出番がないかもしれない

いろいろ実験が必要なのでぼちぼち進めます

2015年4月10日金曜日

ぴゅんぴゅん3号 3次VCVS LPF版シールドの設計

ぴゅんぴゅん3号のシールドをはんだ付けする前にブレッドボードでもう少し実験してみた




aitendoのI2C LCD(SPLC792-I2C)

今まで使っていたStrawberry LinuxのI2C LCDのピンヘッダが細いタイプで
ブレッドボードならいいが、ピンソケットに差すとぐらつくので交換しようと思ったが
作業途中でプリント・パターンを破壊してしまった(^q^;

aitendoのSPLC792-I2Cはなんか在庫が補充されているみたいなのでこっちを使うことにした
(1回の注文で2個までしか買えないが)

PSoC 4 Pioneer Kitはジャンパの設定で5V駆動、3.3V駆動が切り替えられるが
3.3V駆動にすると動作開始後しばらくするとI2Cの通信エラーが起こる

5V駆動なら正常動作する

PSoC 4 Pioneer Kitを5V駆動してもSPLC792-I2Cの電源は3.3V供給だし
I2CのプルアップはSPLC792-I2Cの基板上でされているので3.3Vだ

問題となりそうなのはRSTのレベルが普通の信号線なので5.0Vになる
→起動時に1回だけRSTしているので1回だけ仕様外

<追記:2015.04.18>RST信号は負論理(通常時はVDD)なのでRESET時以外は常に仕様外でした</>

I2Cの信号線が3.3Vレベルになるので5V駆動のPSoC 4 Pioneer KitのI2Cの入力が仕様外(だと思う)

本来なら3.3V駆動で正常動作するはずだが、原因は不明(@@;

深追いしないで、PSoC版のぴゅんぴゅん3号は5V駆動でいくことにする
(といってもPSoC 4 Pionner Kitのジャンパを切り替えるだけだが)

3次VCVS LPFの定数決め

シールド上でもピンソケットを使ってCRを交換できるようにするつもりだが
ブレッドボードでももう少し実験

OKAWA Electric Designさんのフィルター計算ツールを使って
http://sim.okawa-denshi.jp/Sallenkey3Lowkeisan.htm
バターワース特性でカットオフ周波数が2kHz、10kHz、50kHzになるようにして
できるだけ手持ちの部品で近い値のCRに置き換えてLTSpiceでシミュレーションした

そのあと実際にぴゅんぴゅん3号で波形を生成してオシロで見てみた

カットオフ周波数2kHz

シミュレーション

AC分析

<追記:2015.04.13>
このRCLフィルタで出る∧∨みたいなピークはなんだ?共振の発振を後段の2次LPFで抑えてるっていうことか?位相はOPAMPのフィルターで考えると信じられないぐらい回ってるし

終わりよければすべてよしみたいなものなのだろうか

そういえばLPFで進み位相になったのが何故なんだと思ってたが
タブレットのファンクションジェネレータ出力用のLPF でけた&いろいろ測定(http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/lpf_6.html
一瞬でこんだけ位相が回されると元に戻るのか

気が付けば360度

2kHzは普通に可聴帯域で計測できそうだし調べてみる価値はあるかな
</追記>

オシロで観測: 2kHz矩形波

赤色がIDAC8からの出力、黄色がフィルターの出力

回路の後段に容量成分があるのでIDAC8からの出力もなまってるが
後段の回路を切り離すとこのようにちゃんとした矩形波が出力される


2kHzの矩形波は相当なまっているので、ちょっとこれはフィルターが効きすぎだ
三角波やノコギリ波もほとんどサイン波に近くなってしまった

カットオフ周波数10kHz

シミュレーション

AC分析

オシロで観測: 2kHz矩形波

なまっているがまあ矩形っぽい原型をとどめている

オシロで観測: 2kHzノコギリ波

これもなまっているがノコギリ波っぽい。

アナログシンセの波形ってこんな感じになまっているのでむしろ好都合かも(^q^/

カットオフ周波数50kHz

オシロで観測: 2kHzサイン波

LPFが効かな過ぎてDACからの出力のガタガタが取れなくなってしまった

フィルターとしてはどうかと思うが、デジタルとアナログの中間みたいでこれはこれで面白いかもしれない

ジッター

DDSの宿命なのかジッターはやはり出ているが
ピュンピュンマシンはもともと波形をLFOで揺らす作りなのでこれは問題ない

基板設計


1日ぐらいではんだ付けできるかな?

2015年4月6日月曜日

小ネタ実験: 電圧検知できるLEDのパイロットランプ

タブレットのファンクションジェネレータ用のLPFはもう組んでしまったのでもうあきらめたが
ツェナーダイオードで電位差を作ってやれば電源電圧を検知できるパイロットランプが作れると思いついた

理屈としては(^q^;

青色ダイオードのVfが3.3Vとして5.7Vのツェナーを入れれば9V検知
3.7Vのツェナーなら7V検知


ブレッドボードで実験したが



1)青色LED + Ze 3.3V + Ze 3.3V + Ze 3.6V + 1kΩという構成で5.5Vで弱く光り始めて
8V程度で0.1mAから電流が流れ始めた(自作可変安定化電源で測定)

2)青色LED + 1kΩだと2.5Vで弱く光り始めて4V程度で0.1mAから電流が流れ始めた

使ったLEDはSLR34BCTという秋月で買った高輝度タイプのLEDだ

1)の構成だとツェナーで10V程度電位差を作ってるはずなのだが高輝度タイプの青色LEDだと
弱い電圧でも発光する

普通の赤色LEDに差し替えても同じぐらいの反応だが電圧変化に対して徐々に輝度が変化するようだ

青色のせいなのか高輝度のせいなのかわからないが普通の赤色LEDの方が電圧対輝度はリニアなようだ

う~ん

また必要になったら部品を仕入れて実験しようと思います