PIC digitálna stupnica so stabilizáciou frekvencie

Program: lcd4diep.asm aj lcd4diep.hex
Kontakt na autora: Osmo OH6CJ
Dátum vzniku: 13. januára 2002

Referenčná frekvencia
Aktuálna frekvencia
Odčítanie a porovnanie
Digitálne výstupy
Integrátor
Tranzistory Q2…Q4
 
 
 
Pripojenie k oscilátoru
Nastavenie
PIC SW v digitálnej stupnici
Finály test
RB2 funkcia
Načo to je?

Toto zariadenie kombinuje digitálnu stupnicu s obvodom stabilizácie frekvencie. Pridaním niekoľkých tranzistorov a operačného zosilňovača TL082 možno stabilizovať (uzamknúť frekvenciu LC oscilátora).

Na nasledujúcom diagrame je uvedená funkcia zabezpečená obvodom v čiarkovanej oblasti.

Referenčná frekvencia

sa vypočítava z nameranej frekvencie po uplynutí času definovaného parametrom 0D h, ak počet meraní, daný parametrom 0E h), po sebe sa nelíši o viac ako +/-20 Hz. Vtedy sa maneraná hodnota zachytí ako referenčná hodnota, ktorá sa podrží až dovtedy, kým program nezistí, že ju treba zmeniť.

Akuálna frekvencia

je frekvencia práve meraná.

Odčítanie a porovnanie

Frekvencia sa meria s periódou 100 ms. Po každom meraní sa aktuálna frekvencia odčíta od referenčnej a výsledok sa porovnáva s nulou. Ak sa líši, vypočítava sa odchýlka pre ladenie oscilátora.
Ak je výsledok záporný, je aktuálna frekvencia je vyššia ako referenčná, a naopak. V takom prípade sa vypočítava korekcia ladenia oscilátora. Ak je rozdiel menší ako 20 Hz, potom sa na výstup vyšle krátky impulz 2,4 ms, ak je viac, vyšle sa dlhší impulz 100 ms. Od hodnoty rozdielu závisí polarita impulzu.

Závislosť dĺžky pulzu od veľkosti rozdielu aktuálnej a referenčnej frekvencie.

Digitálny výstup

Pulzy sú vytvárané cez RB0 alebo RB3 v závislosti od potrebnej polarity.

Schéma digitálnej stupnice so stabilizáciou frekvencie.

Integrátor

je vytvorený pomocou operačného zosilňovača TL082. Prvý zosilňovač je samotný integrátor s integračným členom C8 a R23. Časová konštanta je:

R23 * C8 = 22 MOhms * 2.2 uF = 48 s

To znamená, že riadenie je pomalé a len jemne dolaďuje oscilátor, čo je vlastne aj jeho úlohou. Základnú stabilitu musí zabezpečovať samotné VFO.
Druhý operačný zosilňovač má len funbciu oddeľovača.

Tranzistory Q2…Q4

Ak PIC riadi cez port RB0, potom svieti dióda D3 a tranzistor Q2 je zopnutý. Spája vstup integrátora so zemou a napätie na výstupe sa mení na kladné. Ak PIC riadi cez port RB3, potom svieti dióda D4 a tranzistor Q3 skratuje bázu tranzistora Q3 na zem. V dôsledku toho je tranzistor zopnutý a +9 V je privedené na vstup integrátora, čo má za následok, že sa na výstupe mení napätie na záporné.
Ak nie je otvorený ani jeden kanál, potom integrátor pracuje ako analógová pamäť. Udržuje poslednú hodnotu na výstupe. To trvá dovtedy, kým je rozdiel frekvencií nulový. Na tranzistory nie sú kladené žiadne špeciálne požiadavky.

Pripojenie k oscilátoru

Do ladiaceho okruhu LC oscilátora treba pridať varikap (viď oblasť A na schéme), ktorý bude slúžiť na dolaďovanie. Jeho pridanie treba vykompenzovať úpravou (zmenšením) celkovej ladiacej kapacity oscilátora. Výstup ladiaceho napätia z oddeľovacieho operačného zosilňovača (vývod č. 7) je pripojený na odporový trimer R25, ktorý slúži na nastavenie citlivosti dolaďovania.

Nastavenie

  1. Ponajprv sa nechá (tepelne kompenzovaný) oscilátor tepelne zostabilizovať, t. j. kým sa jeho výstupná frekvencia neustáli alebo aspoň jej zmena nepoklesne na 40 Hz/min. Tento čas si treba raz zmerať pomocou hodiniek a ceruzky...

    Príklad zmeny frekvencie nestabilizovaného Colpittsovho oscilátora.
  2. Vypočítajte rozdiel frekvencií na začiatku a po ustálení. Stupeň rozladenia dolaďovacou diódou musí byť aspoň dvakrát väčší.
    Nastaví sa to, pri maximálnom rozsahu ladiaceho napätia, pomocou zmeny hodnôt C10 alebo D5, v nasledovnom testovacom obvode:

    V mojom Colpittsovom oscilátore pre rozsah 5 až 5.5 MHz bolo preladenie pre napätie 0.5 až 7.5 V –15 kHz až +10 kHz.
  3. Potom vyskúšajte doštičku dolaďovania bez spojenia s digitálnou stupnicou a oscilátorom. Prepojte RB0 s X3 a RB3 s X4.
    X2 pripojte na +12 V a 0 V k X1 a voltmeter k U5. Na výstupe regulátora by malo byť napätie asi 9 V. Potom merajte napätie na U4, pin 7. Nakrátko pripojte + 9 V na X3. Výstupné napätia sa musí začať zvyšovať zo 4.5 V nahor. Odpojte + 9 V od X3 a výstupné napätie musí zostať bezozmeny. Otestujte X4 rovnakým spôsobom. Teraz by sa malo napätie meniť rovnako, ale opačným smerom.

Rozmiestnenie súčiastok na doske plošných spojov.

Program digitálnej stupnice

Stiahnite sa LCD4DIEP.HEX súbor alebo zdrojový kód. Je kompatibilný s LCD4DIEC.HEX , pokiaľ ide o meranie frekvencie.Nastavenie parametrov si pozrite tam.

Konfiguračné bity pre PIC programátor:
Oscilátor = XT, Watchdog Timer = OFF,
Power Up Timer = OFF, Code Protect = OFF

I/O funkcie v čítačovom móde ak sú aktivované freq_lock funkcie (parameter 0BH = 0).

Čítačový mód
I/O signál FALSE (0 V) TRUE (+5 V)
RA2 vstup odčítanie MF pričítanie MF
RB0 vstup - prechod do EEPROM MODE
výstup - zvýšenie frekvencie
RB1 vstup Display Offset1 Display Offset2
RB2 vstup - Freq_lock frozen
RB3 výstup - zníženie frekvencie

Parametre

EEPROM-parametre 00h...0Fh funkcií

Address Názov Popis Default
00h Display Offset 1 najvyšší bajt Najvyšší bajt Display Offset1 9001.50 kHz = 0DBC36 0Dh
01h Display Offset 1 stredný bajt Stredný bajt Display Offset1 BCh
02h Display Offset 1 najnižší bajt Najnižší bajt Display Offset1 36h
03h Display Offset 2 najvyšší bajt Najvyšší bajt Display Offset2 8998.50 kHz = 0DBB0A 0Dh
04h Display Offset 2 stredný bajt Stredný bajt Display Offset2 BBh
05h Display Offset 2 Lowbyte Low Byte Display Offset2 0Ah
06h Direct_frequency Mód čítača = 00
Mód digitálnej stupnice = 01…FF
00h
07h EE_Fine1 Kalibračná hodnota (1 == 3*4/fx = 3us) 15h
08h EE_Fine2 Kalibračná hodnota (1 == 4*4/fx = 4us) 01h
09h 1x16_Display LCD display typ: 00 = 1x16 LCD, 01…FF = 2x20 LCD 01h
0Ah Digits Počet zobrazených dekád na LCD. 00 = 7 dekád, 01…FF = 6 dekád 01h
0Bh Funkcia stabiílizácie frekvencie Aktivácia funkcie stabiílizácie frekvencie 00h = aktivovaná, 01…FFh = neaktivovaná FFh
  Ten_divider Posun desatinnej bodky o jedno miesto doprava pri dekadickej preddeličke
00h = aktivované ak 0Bh = 00h
01…FFh = neativované
FFh
0Dh Delay_time_before_sampling Čakací čas po odpojení z uzamknutého stavu kým sa začne nové vzorkovanie
01h = 100 ms
32h = 5 s
0Eh Sampling_time Počet po sebe nasledujúcich vzoriek v neuzamknutom stave v tolerancii +/-20 Hz na nastavenie referenčnej frekvencie.Je to aj počet po sebe idúcich vzoriek v uzamknutom stave, ktoré sú mimo +/-100 Hz rozsah, na odpojenie z uzamknutého stavu
01h = 1 vzorka (počas 100ms)
05h = 5 vzoriek
0Fh EEPROM defaultné hodnoty Ak > 0 sa nahrajú defaultné hodnotypri najbližšom zapnutí. 00h

Konečný test

Ak predchádzajúce nastavovanie bolo úspešné, potom nastal čas pripojiť obvod k oscilátoru.

Aktivujte uzamykanie frekvencie nastavením parametra 0Bh. Vypnite a zapnite napájanie a pozorujte LED diódy D3 a D4. Keď sa meria a nastavuje referenčná frekvencia, potom na LCD displeji sa zobrazuje písmeno L. LED diódy majú len krátko blikať, ak treba len jemne dolaďovať frekvenciu. Dlhé pulzy sa pozorujú len vtedy, ak VFO driftuje viac ako o 20 Hz za 100 ms. S mojím VFO som po zahriatí VFO pozoroval len krátke impulzy s peródou asi 10 s. Po štarte (so studeným oscilátorom) možno pozorovať krátke aj dlhé pulzy.

Ak je efekt dolaďovania príliš silný, tak, že spôsobuje kmitanie, potom treba trochu znížiť hodnotu trimtra R25. Ak, naopak, trvajú dlhé impulzy pred uzamknutím príliš dlho, potom treba citlivosť zvýšiť.

Dobre je tiež monitorovať výstupné napätie na pine 7. Napätie by malo zostať v rozsahu výstupu zosilňovača (asi 0.5 V…7.5 V v závislosti od typu zosilňovača). Napätie by nikdy nemalo dosahovať hraničné hodnoty.

Príčinou odomknutia je séria po sebe nasledujúcich meraní (0Eh), ktorých výsledky sú mimo +/-100 Hz rozsahu.

Tiež je dobre naladiť sa na vhodnú stabilnú nosnú na pásme a počúvať počas pulzov. Tón nosnej musí zostať stabilný, prinajmenšom ak dokážete rozoznať rozdiel 10 Hz, ktorý je rozlíšením stupnice.

Toto zariadenie som testoval v CW/SSB 80 m transcívri niekoľko mesiacov. Musel som pridať oddeľovací zosilňovač s JFET tranzistorom na oddelenie VF signálu od digitálnej stupnice, pretože počas vysielania dochádzalo k rušeniu merania.

Funkcia RB2

Fukkcia uzamykania frekvencie môže byť zmrazená prostredníctvom RB2. Vtedy zostáva posledná nastavená referenčná frekvencia v registroch. To možno využiť napr. pri prijímačoch s priamym zmiešavaním, keď je potrebný pre Tx posun. Stav je signalizovaný písmenom F na LCD displeji za "MHz".

Načo je to dobré?

Tento projekt je poskytnutý tak, ako je. Negarantujem akúkoľvek funkciu. Napriek tomu som s ním spokojný. Nepotrebuje žiadny zvláštny vypínač na zapnutie a vypnutie uzamykania frekvencie, robí to samo a automaticky. Pamätajte však, že tento obvod nedokáže napraviť zlé VFO, avšak u dobrého VFO kompenzuje dlhodobý drift a robí ho ešte lepším. Je príjemné počúvať na pásme bez akéhokoľvek dolaďovania.