8-900-374-94-44
Генератор импульсов ШИМ XY-LPWM с LCD дисплеем.
Модуль генератора ШИМ XY-LPWM предназначен для проектов ARDUINO, где требуется источник точных калиброванных сигналов.
Импульсный ШИМ генератор — это устройство, которое обеспечивает электрические сигналы на различных частотах, прямоугольных и выходных уровнях. Он используется в качестве источника тактового сигнала или источника возбуждения для тестирования.
Импульсный ШИМ генератор XY-LPWM имеет четыре независимых ключа, используемых для установки частоты и рабочего цикла, короткое нажатие кнопки (увеличение или уменьшение единицы) и длительное нажатие (быстрое увеличение или уменьшение).
Генератор построен на базе трех микросхем
Характеристики:
Рабочее напряжение: от 3,3 до 30 В
Частотный диапазон: 1 Гц ~ 150 кГц (разбит на четыре поддиапазона)
Первый: 1 – 999 Гц с шагом 1 Гц
Второй: 1.00 — 9.99 кГц с шагом 0.01 кГц
Третий: 10.0 — 99.9 кГц с шагом 0.1 кГц
Четвертый: 100 — 150 кГц с шагом 1 кГц
Точность частоты: точность в каждом диапазоне составляет около 2%
Коэффициент заполнения сигнала изменяется от 0 до 100%
Выходной ток: около 5-30 мА
Амплитуда выходного сигнала равна напряжению питания
Дисплей: жидкокристаллический с синей подсветкой
Рабочая температура: от -20 ℃ до 70℃
Вес: 65 гр.
Размер: 52 x 32 x 10 мм
Импульсный ШИМ генератор XY-LPWM управляется как вручную, с помощью кнопок FREG и DUTY, так и через компьютер, подсоединив его к TTL последовательному порту (TXD, RXD, GND).
Команда «read» — это считывание настроек (F и D).
Для установки скважности необходимо отправить трехзначное число скважности добавив перед ним букву D.
Команда «DXXX» — изменение коэффициент заполнения сигнала (XXX от 001 до 100). Например, D050, установленный рабочий цикл PWM составляет 50%.
Для того, чтобы установить частоту генерации, необходимо отправить частоту так, как она отображается на дисплее прибавив перед значением частоты букву F.
Команда «F101» установка частоты 101 Гц (от 001 до 999), «F1.05» установка частоты 1.05 кГц (1.00-9.99), «F10.5» установка частоты 10.5 КГц (10.0-99.9), «F1.0.5» установка частоты 105 кГц (1.0.0-1.5.0).
Если отправлена верная команда, то генератор ответит DOWN, если ошибочная – FALL.
На дисплей можно вывести только 2 числа по 3 цифры в каждом. В нижней строке отображается скважность ШИМ в процентах, а в верхней – частота.
Частота выводится на дисплей по следующим правилам:
XX, шаг в 0.01 кГц, в диапазоне 1.00 — 9.99 кГцШиротно-Импульсная Модуляция (Pulse Width Modulation) используется весьма широко, в том числе для управления всякими автомобильными приводами, которые должны двигаться плавно.
* ВНИМАНИЕ! под катом видны грязные руки на фото и видео!
Суть состоит в том, что на некий например электромагнит подается не постоянный ток, а сигнал с некоторой частотой, при этом для плавного управления меняется соотношение высокого и низкого уровня за период. То есть если у нас 30% периода на привод будет подаваться питание, а 70% — нет, то он откроется меньше, чем если бы на него подавалось питание 70% времени, а 30% он отдыхал. За счет инерции привод не успевает полностью открыться либо закрыться, соответственно работает плавно.
Итак, данный девайс имеет размеры 79х43х24 (ШхВхГ), установочное отверстие 72х39, плюс выборки по бокам для защелок.
Клеммники не особо высокого качества, что и неудивительно; подписаны. 4 контакта: + и — питания, — и сигнал ШИМ. Минусы объединены. По питанию стоит диод.
Внутренний мир прост и незатейлив:
Тут у нас драйвер дисплея HT1621, микроконтроллер Nuvotek N76E003AT20, стабилизатор напряжения M5333B и выходной транзистор с маркировкой 1АМ — надо полагать это 3904.
На передней панели ЖКИ с на удивление неплохими углами обзора и 4 кнопки: частота+- и коэффициент заполнения +-
Посмотрим как оно работает.
Вот на самой низкой частоте для понимания принципов ШИМ-регулировки, кто не знает:
youtube.com/embed/ab-rsyTU1zQ?autoplay=0&hl=ru_RU&rel=0″ frameborder=»0″ allowfullscreen=»»> Индикация частоты следующим образом: герцы — без точки, килогерцы — с точкой, больше сотни килогерц — с двумя точками.Максимальная частота — 150кГц. Инкремент по 1% ШИМ и по единице младшего разряда, то есть 1Гц, либо 0.01кГц, либо 0.1кГц, либо 1кГц, либо 10кГц, в зависимости от частоты.
И сразу осциллки на высоких частотах, 20кГц, 50кГц, 100кГц, 150кГц.
Как видим сигнал не шибко красивый, но тут не может быль ничего другого, ибо выходная цепь — транзистор с парой резисторов.
А теперь осциллки на промежуточных частотах, если кому это интересно:
Ну вот такой, в общем, приборчик. Понравился, если честно. прям вот за 5 баксов, за которые я его взял — очень хорошо.
Ну а теперь — диайвай немножко рукоделия. Я придумал два применения данному генератору: проверка всеразличных соленоидов, например Регуляторов Холостого Хода, и промывка форсунок.
При промывке форсунок в ультразвуковой ванне мне нравится загонять их в режим самопрокачки. Но аналоговый генератор не обладает достаточной стабильностью (а может дело и в форсунках — уходят характеристики при прогреве), так что я решил применить данный цифровой, в надежде на более высокую стабильность. Я в любом случае собирался делать еще один генератор, так что решил не заморачиваться и купил этот, сразу как только увидел.
Но у нас тут явно недостаточная мощность для управления форсунками, значит придётся ставить выходные ключи. Типа такого:
Возможно, придётся заменить выходной транзистор в самом устройстве, ну и надо подобрать силовые транзисторы получше, возможно мои любимые IRFZ44 — жаль, закончились. Собственно, на данном этапе устройство собрано на 50% — я впаял два первых попавшихся полевика, кажется IRF630 — ну потому что больше одинаковых нету у меня 🙁 чисто для проверки идеи и картинок/видосиков для обзора.
Далее нам понадобится корпус. Примерно такой:
Ну и 3Д-принтер для его изготовления.
Плату делал по фоторезистивной технологии описанной в прошлом обзоре.
Ну и сразу результат.
Внутренности:
И наружа:
В боксе холодно, так что детали к сожалению не сильно хорошо прилипают к столу, так что качество корпуса получилось не ахти. Меня-то устроит, но в целом чувствуется недосказанность какая-то, поэтому файлы моделей не выкладываю, благо рисуется это всё быстро и просто.
Выключатели: верхний подает питание на всю схему, нижний отключает выходной каскад.
А теперь — примеры работы. проверка РХХ
И режим самопрокачки форсунки
Подытоживая: отличный генератор.
Скачать PDF
Генераторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) встроены почти в каждое импульсное силовое устройство. Способы реализации интегральных ШИМ-генераторов хорошо известны. Это примечание по применению было предложено покупателем, который запросил автономный аналоговый генератор сигналов PWM для одного устройства.
Аналогичная версия этой статьи опубликована в EDN
, 25 сентября 2013 г. Генераторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) встроены почти в каждое импульсное силовое устройство.
В этой статье показаны два метода реализации автономного аналогового генератора сигналов ШИМ. Эти конструкции также могут быть модифицированы для создания ШИМ-генератора с двумя устройствами.
Существует два способа реализации генератора сигналов ШИМ на одном устройстве. В одном методе используется таймер ICM7555, а в другом — MAX9.98 маломощный компаратор. Мы рассмотрим каждый.
В этом методе таймер ICM7555 настраивается, как показано на рис. 1.
Рис. 1. ШИМ-генератор и таймер для одного устройства.
На рис. 1 ширина импульса выхода на контакте 3 модулируется управляющим напряжением (V CONTROL ), подаваемым на контакт 5. Были проведены лабораторные испытания конструкции с источником питания, установленным на 5 В. На рисунках со 2 по 5 показан выходной сигнал ШИМ при трех различных управляющих напряжениях: 1 В, 2 В и 4 В. C1 заряжается на V 
Когда внешнее управляющее напряжение не подается, V CONTROL составляет 2/3 от V SUPPLY .
Рисунок 2. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 1В.
Рисунок 3. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 2В.
Рис. 4. Выход ШИМ без управляющего напряжения.
Рисунок 5. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 4В.
Данные показывают, как управляющее напряжение, подаваемое на контакт 5, изменяет пороговое напряжение двух внутренних компараторов. Без приложенного управляющего напряжения (рис. 4) прибор устанавливает зарядку и разрядку С1 на 1/3 и 2/3 напряжения питания. Это равноудалено от напряжения питания и земли, что обеспечивает 50%-й рабочий цикл. Различные управляющие напряжения изменяют время заряда C1 до V CONTROL и время разряда C1 до V КОНТРОЛЬ /2. Этот процесс изменяет ширину импульса выходного сигнала.
Время зарядки выражается как:
-t/RC = ln [1 – (V УПРАВЛЕНИЕ /(2V ПИТАНИЕ — V УПРАВЛЕНИЕ ))]
Время разрядки выражается как:
-t/RC = ln 0,5
, где R = R1 и C = C1.
В этом методе компаратор MAX998 настроен, как показано на рис. 6.
Рис. 6. ШИМ-генератор и компаратор.
Ширина импульса на выходе модулируется управляющим напряжением, приложенным к резистору R1. Лабораторные тесты проводились с источником питания, установленным на 5В. На рисунках с 7 по 9 показаны выходные сигналы ШИМ для трех различных управляющих напряжений: 1 В, 2 В и 3 В.
Рисунок 7. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 1В.
Рисунок 8. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 2В.
Рисунок 9. Выход ШИМ с управляющим напряжением = 3В.
Управляющее напряжение, подаваемое на MAX998, устанавливает пороговые напряжения, при которых происходит зарядка и разрядка.
Верхнее пороговое напряжение составляет (В ПИТАНИЕ –
Время зарядки выражается как:
-t/RC = ln [1 – (V ПИТАНИЕ /(2 × V ПИТАНИЕ ) — V УПРАВЛЕНИЕ ))]
Время разрядки выражается как:
-t/RC = ln [1 — (V УПРАВЛЕНИЕ /(V ПИТАНИЕ + V УПРАВЛЕНИЕ )
, где R = R1 и C = C1.
Важно отметить, что управляющее напряжение также изменяет частоту в обоих схемных методах. Таким образом, дополнительный компаратор к схемам Метода 1 и Метода 2 преобразует каждую из них в ШИМ-генератор фиксированной частоты с двумя устройствами.
Для метода 1 подайте пилообразный сигнал с контакта 6 на вход второго компаратора. Напряжение, подаваемое на вход второго компаратора, задает коэффициент заполнения выхода с фиксированной частотой.
Аналогично методу 2, подайте пилообразный сигнал на MAX9.отрицательный вход 98 на вход второго компаратора. Напряжение, подаваемое на вход второго компаратора, задает коэффициент заполнения выхода с фиксированной частотой.
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это метод, используемый для точного управления аналоговыми устройствами с помощью цифрового сигнала. Сигнал широтно-импульсной модуляции состоит из электронных импульсов, которые используются для имитации изменяющегося аналогового напряжения.
Сигналы широтно-импульсной модуляции обычно используются для управления аналоговыми устройствами, такими как сервоприводы, светодиоды и двигатели постоянного тока. Проекты, использующие эти устройства, нуждаются в переменном напряжении для управления положением, яркостью или скоростью устройства. Но большинство микроконтроллеров не в состоянии генерировать это переменное аналоговое напряжение.
Широтно-импульсная модуляция используется для имитации этого изменяющегося аналогового напряжения с помощью цифрового микроконтроллера или таймера.
Вы можете подумать, почему мы не можем просто изменять напряжение с помощью потенциометра или резистора? Ответ заключается в том, что для таких приложений, как управление двигателем постоянного тока, для питания двигателя требуется большой ток. Весь этот ток, протекающий через резистор, быстро сожжет его.
При широтно-импульсной модуляции высокочастотная последовательность электрических импульсов посылается на устройство для его питания. Импульсы могут генерироваться управляющим транзистором или силовым МОП-транзистором.
Сигнал широтно-импульсной модуляции возникает в циклах высокого и низкого напряжения, генерируемых транзистором. Время, за которое сигнал переходит от низкого уровня к высокому, называется длительностью цикла. Время, в течение которого сигнал остается высоким, называется шириной импульса:
Отношение ширины импульса к продолжительности цикла называется «рабочим циклом»:
Скважность может использоваться для оценки кажущегося аналогового напряжения, которое обеспечивает сигнал широтно-импульсной модуляции.
На приведенной ниже диаграмме показано влияние рабочего цикла на кажущееся напряжение:
Для расчета рабочего цикла, необходимого для определенного кажущегося напряжения:
Например, в цикле широтно-импульсной модуляции с низким временем 13 мс и высоким временем 8 мс, рабочий цикл составляет:
8 мс / (8 мс + 13 мс) = 38%
Если импульсное напряжение (Vmax) равно 5 В, кажущееся напряжение будет:
(38%/100%) * 5 В = 1,9 В
Теперь, когда мы разобрались с основами, давайте создадим схему, которая будет генерировать сигнал широтно-импульсной модуляции, используя 555 таймер для переключения силового МОП-транзистора.
Вот схема:
В приведенной выше схеме мы видим таймер 555, сконфигурированный как нестабильный генератор. Таймер 555 генерирует сигнал широтно-импульсной модуляции с определенным коэффициентом заполнения и переключает полевой МОП-транзистор Q1. МОП-транзистор в этой схеме представляет собой МОП-транзистор IRF540.
D1 — это светодиод, который становится ярче и тусклее с помощью ШИМ-сигнала. Но его можно заменить любым другим устройством, которому требуется ШИМ-сигнал (например, двигатели постоянного тока или сервоприводы).
Диод D2 предотвращает повреждение МОП-транзистора любой обратной ЭДС от индуктивной нагрузки (создаваемой двигателем).
Частота фиксируется на уровне около 595 Гц резисторами R1, R2, R4 и конденсатором С3.
Потенциометр R4 (около 20 кОм) регулирует рабочий цикл, и, как вы можете видеть на изображениях осциллографа ниже, его можно регулировать от примерно 78 мкс до примерно 1,6 мс:
Рабочий цикл 4,6 %A Рабочий цикл 50 %93,5 % Рабочий циклХороший вопрос, который можно задать в этот момент, при любом рабочем цикле: какое влияние оказывает частота? Если частота слишком низкая, вы получите заметное мерцание светодиода, а если слишком высокая, то управляющее устройство или нагрузка не смогут достаточно быстро включаться и выключаться.
Мы видели, как построить простой нестабильный генератор с таймером 555, который генерирует сигнал широтно-импульсной модуляции для управления любым аналоговым устройством.