步驟1：技術注意事項

制作模擬信號

Arduino Uno和Nano的一個缺點是它沒有數字信號 - 模擬（DAC）轉換器，因此無法直接在引腳上輸出模擬電壓。一種解決方案是R2R梯形圖：8個數字引腳連接到電阻網絡，因此可以達到256級輸出。通過直接端口訪問，Arduino可以通過一個命令同時設置8個引腳。對于電阻網絡，需要9個值為R的電阻，8個值為2R的電阻。我使用10kOhm作為R的值，它將引腳的電流保持在0.5mA或更低。我猜R = 1kOhm也可以工作，因為Arduino可以輕松地為每個引腳提供5mA電流，每端口40mA。重要的是R和2R電阻之間的比率確實為2.通過將2個R值的電阻串聯起來，總共25個電阻最容易實現。

相位累加器

生成波形然后重復向Arduino引腳重復發送一系列8位數字。波形存儲在256字節的數組中，并對該陣列進行采樣并發送到引腳。輸出信號的頻率取決于通過陣列前進的速度。一個強大，精確和優雅的方法是使用相位累加器：32位數字以固定間隔遞增，我們使用8個最高有效位作為數組的索引。

快速采樣

中斷允許在明確定義的時間采樣，但中斷的開銷將采樣頻率限制在~100kHz。無限循環更新相位，采樣波形并設置引腳需要42個時鐘周期，從而實現16MHz/42 = 381kHz的采樣率。旋轉或推動旋轉編碼器會導致引腳更改和從環路中斷的中斷以更改設置（波形或頻率）。在此階段，重新計算陣列中的256個數字，以便不需要在主循環中執行波形的實際計算。可以產生的絕對最大頻率是190kHz的一半，但是每個周期只有兩個樣本，因此對形狀的控制不大。因此，接口不允許將頻率設置在100kHz以上。在50kHz時，每個周期有7-8個采樣，并且在1.5kHz和低于所有存儲在陣列中的256個數據每個周期都被采樣。對于信號平滑變化的波形，例如正弦波，跳過樣本沒有問題。但對于具有窄尖峰的波形，例如占空比較小的方波，存在這樣的危險：對于高于1.5 kHz的頻率，單個樣本丟失會導致波形表現不盡如人意

頻率的準確度

每個樣本相位遞增的次數與頻率成正比。因此，頻率可以設置為381kHz/2 ^ 32 = 0.089mHz的精度。實際上，幾乎不需要這種精度，因此界面限制以1mHz的步長設定頻率。頻率的絕對精度由Arduino時鐘頻率的精度決定。這取決于Arduino類型，但大多數指定頻率為16.000MHz，因此精度為~10 ^ -4。該代碼允許修改頻率和相位增量的比率，以校正16MHz假設的小偏差。

緩沖和放大

電阻網絡具有高輸出阻抗，因此如果負載是，則其輸出電壓會快速下降連接。這可以通過緩沖或放大輸出來解決。這里，緩沖和放大是用運算放大器完成的。我使用的是LM358，因為我有一些。它是一個慢速運算放大器（壓擺率為每微秒0.5V），因此在高頻和高幅度時信號會失真。一個好處是它可以處理非常接近0V的電壓。然而，輸出電壓限制在低于軌道約2V，因此使用+ 5V功率將輸出電壓限制為3V。升壓模塊結構緊湊，價格低廉，為運算放大器提供+ 20V電壓，可產生電壓高達18V的信號。 （注意，原理圖說LTC3105，因為那是我在Fritzing中發現的唯一升級。實際上我使用的是MT3608模塊，請參閱后續步驟中的圖片）。我選擇對R2R DAC的輸出應用可變衰減，然后使用其中一個運算放大器緩沖信號而不放大，另一個放大5.7，這樣信號可以達到約20V的最大輸出。輸出電流相當有限，約為10mA，因此如果信號要驅動大型揚聲器或電磁鐵，則可能需要更強的放大器。

步驟2：所需組件

核心波形發生器

Arduino Uno或Nano

16x2 LCD顯示屏+ 20kOhm微調和100歐姆用于背光的串聯電阻器

5針旋轉編碼器（帶集成按鈕）

25個10kOhm電阻

用于緩沖器/放大器

LM358或其他雙運算放大器

升壓模塊基于MT3608

50kOhm可變電阻

10kOhm電阻

47kOhm電阻

1μF電容

步驟3：構造

我在7x9cm原型板上焊接了所有東西，如圖所示。由于所有電線都有點亂，我試著給帶正電壓紅色的引線和帶黑色的引線涂上顏色。

我使用的編碼器有5個引腳，一邊是3個，2個是另一邊。有3個引腳的一側是實際的編碼器，帶有2個引腳的一側是集成按鈕。在3引腳側，中央應接地，另外兩個接到D10和D11。在2引腳側，一個引腳應連接到地，另一個應連接到D12。

這是我做過的最丑陋的事情，但它有效。放入一個外殼會很好，但是現在額外的工作和成本并沒有真正證明它的合理性。 Nano和顯示器附有針頭。如果我要建一個新的，我不會再那樣做了。我沒有在板上放置連接器來拾取信號。相反，我用突出的銅線上的鱷魚引線拾取它們，標記如下：

R - 來自R2R DAC的原始信號

B - 緩沖信號

A - 放大信號

來自引腳9的T - 定時器信號

G - 接地

+ - 來自升壓的正“高”電壓模塊

步驟4：代碼

代碼是一個Arduino草圖，附上并應上傳到Arduino。

已有20個波形預定義。添加任何其他wave應該是直截了當的。請注意，隨機波填充具有隨機值的256值數組，但每個周期都會重復相同的模式。真正的隨機信號聽起來像噪聲，但這種波形聽起來更像是哨聲。

該代碼在引腳D9上用TIMER1設置1kHz信號。這對于檢查模擬信號的時序非常有用。這就是我如何計算時鐘周期數為42：如果我假設41或43，并產生1kHz信號，它顯然與引腳D9上的信號具有不同的頻率。使用值42，它們完全匹配。

通常，Arduino每毫秒都會中斷以使用millis（）函數跟蹤時間。這會干擾準確的信號生成，因此禁用特定的中斷。

編譯器說：“Sketch使用7254字節（23％）的程序存儲空間。最大值為30720字節。全局變量使用483字節（23％）動態內存，為局部變量留下1565個字節。最大為2048個字節。“因此，有足夠的空間可以使用更復雜的代碼。

步驟5：用法

只需通過Arduino的mini-USB線纜即可為設備供電納米。最好使用移動電源，這樣它就不會與可能連接的設備發生意外的接地回路。

接通電源時會產生100Hz的正弦波。通過旋轉旋鈕，可以選擇其他20種波形中的一種。通過按下旋轉，可以將光標設置為頻率的任何數字，然后可以將其更改為所需的值。

可以使用電位計調節振幅，也可以使用緩沖器或可以使用放大的信號。

使用示波器檢查信號幅度非常有用，特別是當信號向另一個設備提供電流時。如果汲取的電流太大，信號將被削波并且信號嚴重失真

對于非常低的頻率，輸出可以通過LED與10kΩ電阻串聯來顯示。用揚聲器可以聽到音頻。確保將信號設置為非常小~0.5V，否則電流過高，信號開始削波。