GENERATORE SINUSOIDALE DIGITALE

Descrizione

Questo è il primo progetto che mi è stato 'ordinato' e non mi è quindi spuntato fuori per mia necessità o sfizio.
La richiesta è arrivata da un simpatico amico che ha un'esigenza particolare per la sua attività ancora più particolare: fa il LIUTAIO.
Per la sua attività serve un generatore di segnali sinusoidali a bassa frequenza (massimo qualce KHz) che deve rispondere ad alcuni importanti requisiti:

1. Essere estremamente semplice da usare e veloce da impostare (senza uso di PC)
2. Essere altamente preciso nella frequenza generata (max +/- 1Hz)
3. Essere realisticamente stabile nella frequenza generata (es. no salti di frequenza)

Lo strumento deve essere usato 'live' nel laboratorio di liuteria, senza doversi troppo distrarre dal proprio lavoro.
Esso serve per generare i segnali da trasferire alle casse di risonanza dei violini in costruzione e studiarne la resa acustica mediante una polvere metallica usata come visualizzatore dei percorsi acustici.
Questo è almeno quanto ho capito dalle spiegazioni dell'amico; mi scuso se non è proprio esatto.

Sentita la richiesta ho pensato a diverse soluzioni, via via scartate perchè non riuscivano a soddisfare tutte le esigenze.
Alla fine, forte delle esperienze fatte con il Generatore DDS ho deciso di utilizzare la stessa tecnica. Per semplificare il progetto, invece di usare un chip DDS, con tutte le relative complicazioni, ho optare per un generatore software, utilizzando un PIC per realizzare il principio di accumulo di incrementi e generazione dell'onda sinusoidale da tabella.

In sostituzione di un DAC per convertire i segnali in analogico, ho realizzato un circuitino a resistenze (partitore R/2R) da inserire in un connettore per poter essere eventualmente sostituito.
Per l'interfaccia utente ho scelto di usare 3 (espandibili a 4) coppie di pulsanti usati in modalità Up/Down, per variare in modo decadico la frequenza a step di 1Hz; sono semplici e rapidi da usare per questa applicazione. Ciascuna coppia di pulsanti è connessa a un chip MAX6817 (Dual CMOS Switch Debouncer) che si fa carico di liberare la CPU dal compito di ripulire via software i rimbalzi dei contatti; per la breadboard sono piccoli, in SOT23, per cui li ho montati su adattatori DIP.
Un display LED a 4 digit, pilotato dall'ottimo Max7219 di Maxim, visualizza la frequenza impostata.

Caratteristiche

Con lo schema e il software utilizzato la frequenza di uscita è impostabile da 1Hz a 999Hz, a passi di 1Hz.
Volendo è previsto (e nell'aggiornamento che seguirà sarà già così) è possibile aggiungere un'ulteriore coppia di pulsanti per arrivare fino a 9999Hz e, magari con l'uso di un interuttore, raddoppiare la frequenza massima. Ovviamente il software (scritto in Assembly) sarà da aggiornare opportunamente.
Il progetto impiega un processore PIC18F2620 o simili con clock interno (senza quarzi) a 32MHz con l'uso del PLL 4x.

Il modulo è alimentato internamente a 5V, ricavati da una sorgente di alimentazione esterna e stabilizzati tramite il consueto regolatore lineare Low Dropout (Texas TLV71117-50).
E' prevista anche l'alimentazione tramite una batteria da 9V, automaticamente inserita in circuito quando si sfila il connettore dell'alimentatore. In questa situazione il PIC verifica il livello di carica della batteria e segnala il prossimo esarimento mediante il segno '-' anteposto al valore di frequenza.
L'assorbimento non è banale in quanto tra la MCU a 32MHz e il display a LED si arriva ad un valore compreso tra i 90mA e i 100mA.

Costruzione

Lo schema non è proprio semplicissimo, ma d'altra parte l'esemplare finito sarebbe stato comunque unico per cui ho preferito realizzare il tutto su due strisce millefori, una per l'elettronica e una per il pannello frontale (non sapendo se e come sarebbe stato poi inserito in qualche contenitore).
Due coppie di connettori maschio-femmina a passo 2.54mm uniscono elettricamente e meccanicamente le due basette.
Come vedete dala foto inviatami, il Liutaio ha poi deciso di ternele così, fissando solo il tutto su una basetta di legno... elegante a modo suo e pratico!

NOTE

Lo schema presentato è successivo all'effettiva realizzazione che non prevedeva la sezione di amplificazione finale; ho voluto inserirla per aumentare la flessibilità d'uso, ma questa parte è stata studiata solo sulla carta.
Il circuito stampato non è garantito in quanto non l'ho realizzato; come si vede dalle foto, ho sviluppato il tutto su basetta millefori..
Il programma è stato sviluppato nella versione a 3 decadi; forse sarà aggiornato alla versione a 4 decadi +.

Download dei file di progetto

Tutto il materiale (schemi, pcb, sorgenti ed eseguibile sono disponibili su semplice richiesta via email (e una cartolina, grazie!)