基于树莓派RP2040的高速DDS信号发生器开源DIY套件
硬件部分采用RP2040 + 10位R2R电阻网络,通过MicroPython编程实现,控制界面为240*240的彩色LCD,除了输出任意模拟波形外,还支持5V、-5V、3.3V、PWM输出以及4路数字/模拟端口连接。
标签
KiCad
DDS
信号发生器
MicroPython
RP2040
硬禾发布
更新2022-06-21
5425

套件中自带演示程序及参考源代码,硬件设计资料随套件发放。

这是基于RP2040 + 10位R2R电阻网络构成的高速DDS信号发生器编程学习套件,通过这个套件,可以达到如下目标:

  • RP2040微控制器的使用:
    • SPI总线的使用
    • ST7789V驱动LCD显示屏的使用
    • RP2040可编程IO(PIO)的使用
    • PWM的生成和使用
    • DMA的使用
  • MicroPython的编程及Micro-GUI的用户界面设计
  • DDS的工作原理及电路实现
    • R-2R电阻网络构成高速DAC的原理、优势及局限性
    • 高频模拟电路的设计 - 调增益、滤波器的设计
  • 模拟仿真软件的使用

本学习套件硬件部分支持的功能:

awg2040_block.png

功能框图

  • 搭配硬禾学堂专为便携式仪器设计的白色外壳
  •  RP2040为核心微控制器
    • 外接2MB Flash用于程序存储
    • 内有264KB SRAM
  • USB Type C连接,用于供电、配置器件以及USB通信
  • 1.54寸240x240 彩色LCD,用ST7789V驱动
  • 一个三向波轮开关 + 2个轻触按键用于输入控制
  • 一个轻触按键用于更新固件
  • 板上有5V转-5V电荷泵变换器
  • 板上有10位R-2R电阻网络用于高速DAC的功能
  • 板上有一个高速运算放大器SGM8301用于对生成的模拟任意波形进行幅度调节
  •  2*6排针用于信号的输出和输入
    • +5V直流电压输出,来自USB端口
    • -5V直流电压输出,最大200mA
    • +3.3V直流电压输出,最大500mA
    • 1路任意波形模拟信号输出:8Vpp、10MHz模拟带宽
    • 1路可编程直流电压输出:-4V ~ +4V之间可调节
    • 1路PWM数字信号输出:3.3Vpp,输出频率和占空比可以与系统主时钟125MHz相关
    • 4路数字或模拟输入/输出

系统演示程序自带功能:

采用开源的MicroPython - Micro GUI编写, 参考了以下项目:

Poor Man's Waveform Generator Based on RP2040 Raspberry-pi-Pico Board

能够通过按键和波轮开关控制生成6种波形 - 正弦波、脉冲、高斯波形、Sinc波形、指数波形以及噪声

能够设置这些波形的主要参数,比如频率、幅度、直流偏移、上升沿、下降沿等

FrZ5oomQJj63ZOyTOVawCgEYHW8c

板子的3维效果图

 

FqwOYD2EKiKUVJiaYt0G89AFpoyH

3D效果顶层

FuyeU4R0guuWq9W0sRgbskwB7gIO

3D效果底层

管脚定义:

FtKja0oQ0UuAw0eMyrguaBJuJjHn

管脚标记(左) 功能属性 管脚标记(右) 功能属性

+5V

供电+5V、200mA -5V 供电-5V,200mA

PWM

输出通过编程可调频率、占空比的脉冲信号 +3.3V 供电+3.3V,300mA

WAV

输出通过编程可调波形、频率、幅度、直流偏移的任意模拟波形,输出幅度8Vpp GND 接地

DC

输出通过编程可调节电压值的直流电压,调节范围 -4V到+4V,电流为20mA GND 接地

IO3

对应于RP2040的ADC3/GPIO29 IO2 对应于RP2040的ADC2/GPIO28

IO1

对应于RP2040的ADC1/GPIO27 IO0 对应于RP2040的ADC0/GPIO26

 

开机后的实物图片:

FmM84sUUXqMT-OSYcwK-BNFjZS4c

使用MicroPython编程的控制界面

用示波器测量生成的波形

FqPOI_9RbGe0Z1nn3E-XZjrhDIeG

生成的波形实测效果

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苏州硬禾信息科技有限公司
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