아두이노 나노로 1MHz 구형파 발생기 직접 만들기 - 간편한 PWM 회로

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프로젝트 소개

이 프로젝트는 TimerOne 라이브러리를 활용해 9번 핀에서 약 5Hz부터 1MHz까지의 PWM 신호를 생성하고, 듀티 사이클을 0~100%까지 조절할 수 있는 간단한 구형파 발생기입니다.

장치는 매우 단순하며 몇 가지 부품만으로 구성됩니다:

• 아두이노 나노 마이크로컨트롤러
• LCD 디스플레이
• 풀업 저항 3개
• 푸시버튼 3개

펄스 발생기는 아두이노의 디지털 입력 6, 7번 핀에 연결된 버튼으로 펄스 반복 주기를 조절하고, 13번 입력 핀으로 듀티 사이클을 조절합니다. 펄스 주기와 듀티 사이클은 LCD 16×2 표시기의 첫 번째 줄에, 주파수는 두 번째 줄에 표시됩니다.

펄스 반복 주기 조정의 최소 단계는 1μs이므로 주파수는 이산적으로 변합니다. 예: 1μs = 1MHz, 2μs = 500kHz, 3μs = 333.333kHz 등. 주파수가 낮아질수록 조정의 부드러움이 증가합니다. 고주파 영역에서는 다소 비실용적이지만 단순함의 대가입니다. 이전 프로젝트에서는 전용 DDS 칩을 사용해 이러한 단점을 극복하고 더 넓은 범위를 구현했지만 회로가 더 복잡했습니다.

출력 신호 확인용으로 소형 단일 채널 오실로코프를 사용했습니다. 최종적으로 적절한 케이스에 장착해 전자 실험실의 또 다른 유용한 도구로 활용하고 있습니다.

코드

아두이노 코드 (C/C++)

#include <TimerOne.h>
#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // RS, E, D4, D5, D6, D7
unsigned long t = 1000, f, k = 512; // 기본 1000μs(1000Hz), 매너드 펄스
byte k1, kn, kn1, kn2;
int drive, drive0;

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  pinMode(9, OUTPUT);
  pinMode(6, INPUT); // 버튼 입력 6 (- 펄스 주기)
  pinMode(7, INPUT); // 버튼 입력 7 (+ 펄스 주기)
  pinMode(13, INPUT); // 버튼 입력 13 (+ 듀티 사이클)
}

void loop() {
  Timer1.initialize(t); // 주기 설정
  Timer1.pwm(9, k);     // k - 듀티 사이클 0~1023

  kn = digitalRead(6);  // 버튼 6: 주기 감소
  kn1 = digitalRead(7); // 버튼 7: 주기 증가
  kn2 = digitalRead(13); // 버튼 13: 듀티 사이클 증가

  // 주기 감소 버튼 처리 (길게 누를수록 빠르게 변경)
  if (kn == HIGH) {
    drive++;
    if (drive < 30) t = t - 1;
    else if (drive < 60) t = t - 10;
    else if (drive < 100) t = t - 100;
    else t = t - 1000;
  } else drive = 0;

  // 주기 증가 버튼 처리
  if (kn1 == HIGH) {
    drive0++;
    if (drive0 < 30) t = t + 1;
    else if (drive0 < 60) t = t + 10;
    else if (drive0 < 100) t = t + 100;
    else t = t + 1000;
  } else drive0 = 0;

  // 주기 제한 (최소 1μs, 최대 200000μs)
  if (t == 0 || t > 300000) t = 1;
  if (t > 200000 && t < 300000) t = 200000;

  f = 1000000 / t;        // 주파수 계산 (Hz)
  k1 = k * 100 / 1024;    // 듀티 사이클 백분율 계산

  // 듀티 사이클 조절 버튼 (순환 방식, 스텝 16/1024)
  if (kn2 == HIGH) {
    k = k + 16;
    if (k == 1024) k = 0;
  }

  // LCD에 정보 표시
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("T=");
  lcd.print(t);
  lcd.print(" us");
  lcd.setCursor(12, 0);
  lcd.print(k1);
  lcd.print(" %");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("F=");
  lcd.print(f);
  lcd.print(" Hz");

  delay(300);
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(" ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(" ");
}

회로도