JX Wave Generator – Arduino-kompatibler DDS-Oszillator mit OLED-Display

Komponenten und Zubehör

Arduino Nano R3	1	Alternativ kann vermutlich jedes Arduino-Modell verwendet werden
SH1106 I2C OLED Display 128x64 Pixel (4 Pin)	1
AD9833 DDS-Modul	1
Drehgeber mit Taster	1	Lötkolben erforderlich
Drehgeber-Modul	1	Besser für Steckbrett-Montage
5V Relais-Modul (optional)	1	Optional, falls keine AC/DC-Kopplungsumschaltung nötig ist
Reed-Relais 5V 500 Ohm	1	Ideal für Kleinsignale, direkt an Arduino-Pins anschließbar (10 mA)
Kondensator 10 µF	1
Kondensator 10 nF	1	Polyester-Kondensator
AC-DC 100-220V auf 5V Step-Down Netzteil-Modul	1	Optional, für Stromversorgung ohne USB

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• Lötkolben (generisch) – nicht zwingend erforderlich, wenn nur auf Steckbrett getestet wird

Apps und Online-Dienste

• image2cpp – Zum Konvertieren eigener Icons in hexadezimales Format für PROGMEM

Über dieses Projekt

Lange habe ich den Kauf eines Oszilloskops hinausgezögert. Nach der Anschaffung wurde klar: Für die Hobby-Elektronik fehlt noch ein preiswerter Signalgenerator – unverzichtbar zur Diagnose von Audio-Schaltungen und mehr. Die Kombination aus Elektronik und Programmierung macht ein Arduino-basiertes Eigenbau-Projekt zur idealen Lösung.

Funktionen

• Ausgangsfrequenz von 1 Hz bis 999.999 Hz
• Zwei Frequenzänderungs-Modi: logarithmisch und stellenweise (Einzelerhöhung)
• Drei Wellenformen: Sinus, Dreieck, Rechteck
• AC- oder DC-Ausgangskopplung
• Kontinuierlicher Sweep zwischen zwei vordefinierten Frequenzwerten
• Bedienung ausschließlich über einen einzelnen Drehgeber
• Integrierter Bildschirmschoner zum Schutz der OLED-Lebensdauer

Hinweis

ACHTUNG: Seien Sie extrem vorsichtig beim Umgang mit Netzspannung!
Lebensgefahr durch Stromschlag und/oder Verletzungen an Haut und Augen.
Passen Sie auf Ihr Leben auf – Sie haben nur eines!

Kurzanleitung

Prototyp

Ich verwendete ein vormontiertes Relais-Modul mit 10A-Kontakten, da mir kein Mikro-Reed-Relais zur Verfügung stand. Dies wäre die beste Wahl, um Transistoren, Dioden und Widerstände zu vermeiden, wenn keine Leistungsrelais benötigt werden. Ein digitaler Arduino-Pin liefert maximal 40 mA – ein elektromechanisches Relais mit 120/150 Ohm Spule kann daher nicht direkt angeschlossen werden.

Quellcode

Das Projekt besteht aus drei Dateien:

• JX_Wave_Generator_8.7.7.ino – Hauptprogramm (Version 8.7.7, Revision vom 16.01.2021)
• JXWG_Defs.h – Definitionen, Pin-Belegungen, Variablen und Konfigurationsstruktur
• JXWG_Graphics.h – Icon-Daten (Bitmaps) im PROGMEM

Hauptprogramm (Auszug)

/* Copyright (c) 2020 Janux – MIT Lizenz */
#include "JXWG_Defs.h"
#include "JXWG_Graphics.h"

void setup() {
  // Encoder-Pin-Konfiguration
  pinMode(PinA, INPUT);
  pinMode(PinB, INPUT);
  pinMode(PinS, INPUT);
  digitalWrite(PinA, HIGH);
  digitalWrite(PinB, HIGH);
  digitalWrite(PinS, HIGH);
  
  pinMode(PinCoupling, OUTPUT);
  Encoder.setDebounceDelay(5);
  display.begin(SH1106_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay();
  Wire.begin();
  TWBR = 5; // I2C Frequenz 615 kHz
  
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PinS), encoderSwitch, FALLING);
  DDS_Init();
  setConfig(); // Konfiguration laden und Startwerte setzen
}

void loop() {
  JX_WaveGenerator_MAIN();
}

// Hauptfunktion mit Zustandsmaschine für verschiedene Betriebsmodi:
// LOGARITHMIC, SINGLEDIGIT, SWEEP, OPTIONS, OPTMODE, OPTWAVE, OPTCOUP, OPTSWEEP, SWEEPEDIT, DIGITCHANGE
void JX_WaveGenerator_MAIN() {
  // ... Zustandsmaschine für Encoder-Drehung, Tastendrücke, Langdruck
  // Frequenzberechnung, Display-Aktualisierung, DDS-Ansteuerung
  // Sweep-Funktionen, Konfigurationsspeicherung im EEPROM
  // Bildschirmschoner nach 10 Min Inaktivität
}

Wichtige Definitionen (JXWG_Defs.h)

• Pin-Belegung: Encoder (A=5, B=4, Switch=3), Kopplungs-Relais (Pin 7), DDS (FSY=9, CLK=10, DAT=11)
• Betriebsmodi: LOGARITHMIC (0), SINGLEDIGIT (1), SWEEP (2), OPTIONS (3), OPTMODE (4), OPTWAVE (5), OPTCOUP (6), OPTSWEEP (7), SWEEPEDIT (8), DIGITCHANGE (9)
• Wellenformen: SQUARE (0), SINE (1), TRIANGLE (2)
• Kopplungsmodi: AC (0), DC (1), OFF (2)
• Konfigurationsspeicherung im EEPROM ab Adresse 32 mit Versionsprüfung

Grafik-Daten (JXWG_Graphics.h)

Enthält alle Icons als Bitmaps im PROGMEM (ca. 1.148 Bytes): Betriebsmodi (Logarithmisch, Einzeller, Sweep), Wellenformen (Rechteck, Sinus, Dreieck), Kopplung (AC, DC, OFF), Sweep-Parameter (Min, Max, Step, Start, Pause), kleine Status-Icons und Symbole (Pfeile, Dreh-Icon).

Schaltplan