JX Wave Generator – Arduino互換DDS発振器（OLEDディスプレイ搭載）

概要

電子工作とプログラミングを組み合わせ、安価で高機能な信号発生器を自作するプロジェクトです。Arduino NanoとAD9833 DDSモジュール、SH1106 OLEDディスプレイ、ロータリーエンコーダーを用いて、1Hz〜999,999Hzの正弦波・三角波・矩形波を出力できます。AC/DC結合切替、スイープ機能、画面セーバーなど実用的な機能を搭載し、単一のノブで全操作が可能です。

主な特徴

• 出力周波数: 1Hz〜999,999Hz
• 周波数変更モード: 対数ステップ / 1桁ずつ編集
• 波形: 正弦波、三角波、矩形波
• 出力結合: AC / DC / OFF（切断）
• スイープ機能: 設定した最小・最大周波数間をステップ周波数で連続掃引
• 操作: ロータリーエンコーダー1つ（回転＋押下＋長押し）
• OLED焼き付き防止用スクリーンセーバー内蔵

必要な部品

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	他のArduinoモデルでも動作可能
SH1106 I2C OLED 128×64ピクセル（4ピン）	1
AD9833 DDSモジュール	1
ロータリーエンコーダー（プッシュボタン付き）	1	基板実装タイプ推奨（プルアップ抵抗内蔵）
5Vリレーモジュール（オプション）	1	AC/DC結合切替用。ブレッドボード実装タイプが便利
リードリレー 5V 500Ω（オプション）	1	小信号用に最適。Arduinoピンに直結可能（10mA）
コンデンサ 10µF	1
コンデンサ 10nF（ポリエステル）	1
AC-DC 5Vステップダウン電源モジュール（オプション）	1	USB給電以外で動作させる場合

必要な工具

• はんだごて（ブレッドボードで試すだけなら不要）

使用ソフトウェア・サービス

• image2cpp - カスタムアイコンをPROGMEM用16進数形式に変換

回路図

回路図と実装写真はプロジェクトページを参照してください。リレー駆動にはトランジスタやダイオードが必要な場合があります。Arduinoのデジタルピンは最大40mAまでなので、コイル抵抗120/150Ωの電磁リレーは直接駆動できません。リードリレー（500Ω）なら直結可能です。

警告: 商用電源（100-220V）を扱う際は感電・火災の危険があります。十分な知識と注意を持って作業してください。

ソフトウェア構成

コードは3つのファイルで構成されます：

• JX_Wave_Generator_8.7.7.ino - メインスケッチ
• JXWG_Defs.h - 定数・変数・ライブラリインクルード・EEPROM設定構造体
• JXWG_Graphics.h - アイコン・ビットマップデータ（PROGMEM格納）

主なライブラリ

• Wire.h - I2C通信
• EEPROM.h - 設定保存
• SimpleRotary.h - ロータリーエンコーダー制御
• Adafruit_SH1106.h - SH1106 OLED制御（SSD1306ライブラリの派生）

動作モードと状態遷移

エンコーダーの回転・押下・長押しにより以下のモードを遷移します：

1. LOGARITHMIC（対数モード） - 回転で周波数を対数ステップ（1, 10, 100, 1k, 10k, 100kHz）で増減。押下でOPTIONSへ。
2. SINGLEDIGIT（桁編集モード） - 回転でカーソル左右移動（6桁＋アイコン3つ）。押下で桁値変更（DIGITCHANGE）またはアイコン選択（OPTIONS）。
3. SWEEP（スイープモード） - スイープ最小/最大/ステップ周波数の編集、開始/一時停止/停止。
4. OPTIONS - 動作モード、波形、結合モードの選択。
5. 各サブモード（OPTMODE, OPTWAVE, OPTCOUP, OPTSWEEP, SWEEPEDIT, DIGITCHANGE） - 詳細設定。

主要なアルゴリズム

• 対数ステップ計算（AutoStep）: 現在値に応じて1/10/100/1k/10k/100kHzのステップを自動決定。
• スイープ制御: 非ブロッキングでアップ/ダウン掃引。エンコーダー押下で一時停止・再開・停止。ヒステリシス付きコンパレータ風の閾値処理で安定動作。
• 設定のEEPROM保存/読み出し: 起動時の最終設定を復元。バージョン管理付き（JXWG1）。
• スクリーンセーバー: 10分無操作で画面クリア、操作で復帰。

AD9833制御

SPIライクなシリアルインターフェース（FSYNC=D9, CLK=D10, DATA=D11）で周波数・波形レジスタを書き込み。28ビット周波数レジスタへの分割書き込みと位相リセットを実装。

ビルド・書き込み手順

1. Arduino IDEに上記ライブラリをインストール。
2. 3つのファイルを同一フォルダに配置。
3. ボード「Arduino Nano」、プロセッサ「ATmega328P (Old Bootloader)」を選択し書き込み。
4. 起動後、エンコーダーで動作確認。必要ならEEPROMリセット（長押し）で初期化。

今後の改善案

• 出力振幅調整機能（DACやデジタルポテンショメータ追加）
• 任意波形生成（ウェーブテーブル合成）
• PC連携GUI（シリアル/Bluetoothでパラメータ設定・波形表示）
• 筐体化・バッテリー駆動対応

ライセンス

MITライセンス。詳細はソースコードヘッダー参照。