POST#3: Generador de Funciones DDS AD9850 de bajo costo Digital con LCD 16x2, PIC y comunicación mediante el protocolo USB-CDC

Objetivo: 

Diseño y construcción de un Generador de Señales mediante el uso de un microcontrolador PIC ejecutando algoritmos en lenguaje C de control y comunicación con la PC mediante protocolo CDC por USB,  para así poder controlarlo ya sea manualmente con los pulsadores o por una aplicación desarrollada a la medida para el dispositivo en lenguaje C# de .NET.

El Generador se basa en el modulo DDS AD9850 que se puede comprar a un bajo costo en ebay, este modulo posee 20 pines para un fácil manejo y configuración del dispositivo. El cuenta con dos salidas cuadradas y dos salidas senoidal configurables ya sea desde la entrada de datos en forma paralelo o en su entrada serial de datos, con ello logrando setear la frecuencia de las salidas que es compartida entre la dos ondas, también posee un potenciomentro analógico para variar el valor del ciclo de trabajo de la onda cuadrada de 0% a 100%, mientras que el ciclo de trabajo de la señal senoidal esta fija al 50% del ciclo de trabajo.

El control del modulo DDS se realiza de manera serial usando un PIC18F2550, ademas dicho PIC controla el potenciomentro DS1869 de 64 pasos mediante secuencias de pulsos digitales con el que se varia el contraste del LCD, también se controla un potenciomentro MCP41010 de 256 pasos que se comunica mediante SPI y varia el ciclo de trabajo del modulo DDS al este mismo ser usado en reemplazo del potenciomentro analógico que posee de fabrica y así variar el ciclo de trabajo de la onda cuadrada y ademas la luz de fondo del LCD 16x2 se gradúa con el uso de la salida PWM del PIC variando su ciclo de trabajo y frecuencia hasta obtener un control de la luz que sea suave desde apagado hasta máxima intensidad.

Cuenta con una sección de carga y regulación de voltaje de entrada usando un regulador Step-Down (LM2576T-5.0P+), para así lograr una larga duración de la batería superior al tener estos modelos de reguladores un bajo nivel de disipación de energía en calor y una alta eficiencia. Ademas la etapa de entrada de corriente externa es regulada con un LM317 en modo regulador de corriente y así lograr la cantidad de mA justa para una carga lenta del 10% de la corriente máxima de la batería, logrando con esto una carga correcta, dándole una gran autonomía de horas sin la necesidad de ser recargado a menudo, como también una larga duración de la vida útil de la batería al no sufrir ya que se carga con un método lento pero que no la degenera.

Gracias al PIC18F2550 se puede tener una conexión USB detectada por interrupciones  para ello se realizo el desarrollo de una aplicación en lenguaje C# que se comunique por el protocolo CDC bajo la interfaz de USB. Obteniendo así gran velocidad de transmisión de datos entre la PC y el generador de señales. Con todo esto se obtuvo una aplicación muy simple pero potente que permite la configuración tiempo real todas las salidas del modulo DDS así como también el contraste, luz de fondo entre otras opciones.

Por ultimo tenemos que el generador fue dotado con pulsadores con los cuales se puede configurar de manera fácil y rápida todas las opciones que permite el dispositivo ya sea salidas o configuraciones de valores internos. Todos estos valores al conectar el cable USB son enviados a la aplicación desarrollada para esta auto configurarse con los datos cargados y estar sincronizados todo el tiempo en todos los aspectos como frecuencia, ciclo de trabajo, luz de fondo, contraste y demás opciones.

Materiales principales utilizados:

• 1 x PIC18F2550. (Muestra gratis obtenida gracias a Microchip)
• 1 x DS1869 10K - Potenciómetro digital de 64 pasos para contraste del LCD.
  (Muestra gratis obtenida gracias a Maxim)
• 1 x DS MCP41010 10K - Potenciómetro digital de 256 pasos para control del ciclo de trabajo(Duty)  de la señal cuadrada. (Muestra Gratis obtenida gracias a Microchip)
• 1 x LM317 - (Regulando corriente para limitarla al momento de la carga de la batería).
• 1 x LM2576T-5.0P+ (Step-Down Regulador de Voltaje 5v).
• 1 x Batería Li-ion 9v de 550 mAh.
• 1 x Lamina de acrílico transparente para la base y tapa superior.
• 1 x 74HC4066 - Para seleccionar cual salida es la activa ya sea cuadrada o senoidal..
• 1 x 74HC04 - Para generar una onda cuadrada de mejor forma y evitar ruido.
• 3 x Pulsadores - Para control manual del modulo DDS Generador de señales.
• 1 x Baquelita para el montaje.
• Protector de goma amarilla usado en multimetros antiguos.
• 1 x LCD 16x2 - Para visualización del menú, estado del dispositivo y configuraciones. 
• Conector BNC de chasis - Para la salida de la señal.
• Separadores metálicos.
• Puente rectificador - Para la entrada de la fuente de carga.
• 1 x 74HC164 - Para controlar el LCD mediante 3 pines del microcontrolador. 
• 1 x DDS Modulo Generador de Señales de 0-40 MHz - Para equipos de pruebas. 
• 2 Salidas de onda Seno.
• 2 Salidas de onda Cuadrada.
• Onda cuadrada de 0-1 MHz.
• Filtro pasa-bajos con 70 MHz para obtener una mejor forma de onda.
• Entrada de configuración paralela o serial seleccionada por hardware.
• Comparador de referencia con entrada de voltaje generada por una resistencia variable, esta resistencia ajusta el ciclo de trabajo(Duty) de la onda cuadrada.
• AD9850 con cristal oscilador de 125 MHz.

Modulo DDS AD9850	Potenciómetro Digital 10k MCP41010
Quad bilateral switch 74HC4066.	PIC 18F2550.
Potenciómetro Digital 10k DS1869-010

Esquemas de Conexión de algunas partes del Generador de Funciones DDS:

DS1869-010.	PIC 18F2550.
74HC4066.	PMCP41010.

Librerías y algunas rutinas del código fuente desarrolladas para el generador:

• LCD con sólo 3 pines. http://www.micropic.es/mpblog/2009/11/lcd-con-solo-3-pines/
• AD9850 - 125MHz.http://danirebollo.blogspot.com/2012/06/ad9850-cmos-125-mhz-complete-dds.html
• Contraste Backlight mediante tiempos de activación de las salidas de control al DS1869.

//////////////////////////////////////////////////////////////////// // Pantalla contraste //////////////////////////////////////////////////////////////////// void pantalla_contraste(void) { if(BANDERA_batt_low == false) if(BANDERA_CONTRAST_UP==TRUE && BANDERA_USB_CONECTADO==TRUE) { output_low(LCD_CONTRAST_UP); delay_ms(50); output_high(LCD_CONTRAST_UP); BANDERA_CONTRAST_UP = FALSE; } else if(BANDERA_CONTRAST_DOWN==TRUE && BANDERA_USB_CONECTADO==TRUE) { output_low(LCD_CONTRAST_DOWN); delay_ms(50); output_high(LCD_CONTRAST_DOWN); BANDERA_CONTRAST_DOWN = FALSE; } }

Construcción del Generador de Funciones DDS:

PCB principal.	PCB principal con algunos componentes soldados.
PCB principal terminada vista desde la parte inferior con protector contra corrosión.	Prueba del generador DDS.
PCB principal terminada vista desde la parte superior con conector de batería.

Pruebas de la selección de la salida de onda con el la compuerta 74HC4066 en el protoboard.	PCB de la sección de control manual y salida y selección de la onda.
PCB y sus componentes antes de ser soldados y fijados.	PCB antes de soldar la salida conector BNC  para chasis.
PCB logica completa con seccion de carga y LCD.	PCB de lógica y de control con el dispositivo funcionando.
PCB de Control Finalizada.	Modulo DDS con modificación del potenciomentro análogo por uno con conexión digital.
Modulo DDS con potenciomentro análogo.	Acrílico Frontal ya perforado.
Distintas Partes desensambladas.	Generador de señales finalizado pero desensamblado.
Generador de señales finalizado con acrílico frontal.	Generador de señales finalizado con estuche protector y cable USB retráctil.
Generador de señales finalizado.

Imágenes de la Aplicación de PC:

Aplicación desactivada.	Menú de ayuda e información.
Menú de control de activación, reinicio y salida de la aplicación.	Acerca de la aplicación.
Ayuda del sistema.

Imágenes del Generador DDS AD9850 en funcionamiento:

Prueba onda Cuadrada con control mediante aplicación de PC y valores por defecto establecidos.	Prueba onda Seno con control mediante aplicación de PC y valores por defecto establecidos.
Configuración de la aplicación para la onda anterior cuadrada.	Configuración de la aplicación para la onda anterior seno.
Lectura de la salida con el osciloscopio mostrando los datos de la señal onda con forma cuadrada.	Lectura de la salida con el osciloscopio mostrando los datos de la señal onda con forma senoidal.

Imágenes del Generador DDS AD9850 finalizado:

Foto lado izquierdo.	Foto lado derecho.
Foto frontal con protector de goma

Bibliografia, Web y Datasheet:

• Web
• http://danirebollo.blogspot.com/2012/06/ad9850-cmos-125-mhz-complete-dds.html
• http://www.micropic.es/mpblog/2009/11/lcd-con-solo-3-pines/
• http://www.analog.com/en/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9850/products/product.html
• http://picrobot.blogspot.com/2008/10/fuente-de-alimentacin-y-cargador-de.html
• Datasheet
• DS1869-010
• PIC18F2550
• 74HC4066
• MCP41010 
• AD9850 
• LM2576T-5.0 
• LM317
• 74HC164 
• 74HC04