Измерительные генераторы, в которых требуемое значение частоты устанавливают с помощью клавиатуры, читателям журнала известны (см., например, статью Пискаева А. "Частотомер-генератор-часы" в "Радио", 2002, № 7, с. 31, 32). Как правило, эти приборы выполнены на микроконтроллере, диапазон генерируемых частот ограничен несколькими мегагерцами, а получение точного значения частоты невозможно. Описываемый в статье генератор тоже содержит микроконтроллер, но использован он только для управления специализированной микросхемой — синтезатором частоты AD9850. Применение этой микросхемы позволило расширить диапазон генерируемых частот от долей герца до 60 МГц, в пределах которого можно получить любое значение частоты с точностью 1 Гц.
Предлагаемый генератор выполнен на базе микросхемы AD9850 фирмы Analog Devices, представляющей собой полный DDS (Direct Digital Synthesis) синтезатор частоты с встроенным компаратором. Такие синтезаторы уникальны своей точностью, практически не подвержены температурному дрейфу и старению (единственным элементом, который обладает свойственной аналоговым устройствам нестабильностью, является цифроаналоговый преобразователь). Благодаря высоким техническим характеристикам DDS синтезаторы в последнее время вытесняют обычные аналоговые синтезаторы частоты. Их основ-ное преимущество — очень высокое разрешение по частоте и фазе, управление которыми осуществляется в цифровом виде. Цифровой интерфейс позволяет легко реализовать микро-контроллерное управление. С более подробным описанием принципов прямого цифрового синтеза частоты можно познакомиться, например, в .
Рис.1
Структурная схема синтезатора AD9850 изображена на рис. 1. Его основа — аккумулятор фазы, формирующий код мгновенной фазы выходного сигнала. Этот код преобразуется в цифровое значение синусоидального сигнала, который с помощью ЦАП пре-вращается в аналоговый и подвергается фильтрации. Компаратор позволяет получить выходной сигнал прямоугольной формы. Его частота fout (в герцах) определяется формулой f out = A fin /232, где f m — тактовая частота, Гц; А — 32-битное значение кода частоты. Мак-симальное значение f^ не может превосходить половины тактовой частоты.
Основные технические характеристики AD 9850 (при напряжении питания 5В)
Частота тактового генератора 1…125
Максимальный потребляемый ток (при f in =125 Мгц), мА 95
Число разрядов ЦАП 10
Максимальный выходной ток ЦАП (при R set =3,9 кОм), мА 10,24
Максимальная интегральная нелинейность ЦАП, МЗР 1
Напряжение на выходе компаратора, В:
минимальное высокого уровня 4,8
максимальное низкого уровня 0,4
Для загрузки данных в микросхеме AD9850 предусмотрены параллельный и последовательный интерфейсы. В последнем случае данные (слово длиной 40 бит) вводят через ее вход D7. Каждый бит данных сопровождают импульсом положительной полярности на входе синхронизации W_CLK. После загрузки управляющего слова по импульсу положительной полярности на входе FQJJD происходит замена параметров генерации новыми. Назначение битов управляющего слова приведено в табл. 1.
Принципиальная схема генератора изображена на рис. 2. Управляет синтезатором DD2 микроконтроллер DD1.
Рис.2
Он опрашивает клавиатуру SB1—SB16, выводит информацию на ЖК индикатор HG1, вычисляет значение кода частоты и передает его по последовательному интерфейсу в синтезатор DD2. Звукоизлучатель НА1 служит для подтверждения нажатия кнопок клавиатуры. Микросхема AD9850 (DD2) использована в стандартном включении. На выходе ее ЦАПа включен фильтр Z1. После фильтра сигнал синусоидальной формы подается на гнездо XW2 и на вход компаратора микросхемы DD2 (вывод 16). С выхода последнего сигнал прямоугольной формы поступает на гнездо XW1. В качестве тактового генератора для DDS применен кварцевый генератор G1. Подстроечным резистором R7 регулируют контрастность изображения на индикаторе HG1.
После сброса микроконтроллера производится настройка ЖК индикатора HG1 на режим обмена по шине 4 бита, что необходимо для уменьшения числа линий ввода/вывода, требуемых для записи информации.
Управляют генератором с помощью клавиатуры, состоящей из кнопок SB1—SB16. Поскольку все линии порта В, являющиеся входными, подключены к источнику питания через резисторы, необходимости во внешних резисторах, "подтягивающих" порты RB4 -RB7 к линии питания, нет. Резисторы R3—R6 защищают выходы микроконтроллера от перегрузки при случайном нажатии нескольких кнопок одновременно.
Требуемую частоту устанавливают с клавиатуры. Для этого, нажимая на кнопки с соответствующими цифрами, вводят нужное значение (в герцах) и нажимают кнопку "*". Если частота не превышает максимально допустимой, на индикаторе на короткое время появляется сообщение "ОК" и генератор переходит в рабочий режим, а еслипревышает, — сообщение "Error". В этом случае нужно нажать кнопку "С" ("Сброс") и заново набрать правильное значение. Точно так же поступают и при ошибке в процессе ввода частоты. Двукратное нажатие этой кнопки переводит прибор в рабочий режим с установленным ранее значением частоты.
|
Номер бита |
Назначение |
|
Бит 0 кода частоты |
|
|
Бит 1 кода частоты |
|
|
…….. |
………… |
|
Бит 31 кода частоты |
|
|
Управляющий бит (должен быть 0) |
|
|
Бит управления питанием (включе-но при 0, выключено при 1) |
|
|
Бит 0 кода фазы |
|
|
Бит 1 кода фазы |
|
|
………. |
……………. |
|
Бит 4 кода фазы |
В рабочем режиме в крайнем правом знакоместе индикатора мигает символ звездочки. Если текущее значение частоты введено с внешнего блока управления (например, с компьютера), то чтобы вернуться к частоте, отображаемой на индикаторе, достаточно нажать кнопку "*".
Кнопки "U" (Up — вверх) и "D" (Down — вниз) позволяют ступенчато изменять выходную частоту генератора, соответственно увеличивая или уменьшая значение десятичного разряда на единицу. Требуемый десятичный разряд выбирают, перемещая курсор кнопками "L" (Left — влево) и "R" (Right — вправо).
При нажатии кнопки "*" значение частоты и позиция курсора сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера, благодаря чему при следующем включении питания прерванный режим работы автоматически восстанавливается.
Поскольку вычислительные способности микроконтроллера ограничены, значение выходной частоты выставляется с точностью около 1 Гц, что достаточно для большинства случаев. Чтобы в полной мере реализовать возможности синтезатора, им можно управлять с помощью ПК. Для этого генератор необходимо доработать, дополнив его узлом, схема которого показана на рис. 3. ПК (или иное управляющее устройство) подключают к розетке
XS1. При низком логическом уровне на адресных входах А мультиплексоры микросхемы DD3 подключают входы управления синтезатором к микроконтроллеру DD1, а при высоком — к внешнему устройству. Сигналы управления поступают через контакт "ENABLE" розетки XS1. Резистор R19 обеспечивает низкий логический уровень на адресных входах DD3 при неподключенном устройстве управления.
Генератор собран и испытан на макетной плате. Если не удастся приобрести плату под корпус SSOP для микросхемы DD2, можно использовать для подключения ее выводов к соответствующим контактным площадкам короткие (длиной 10 15 мм) отрезки луженого провода диаметром 0,2 мм. Выводы 1,2,5,10,19, 24, 26, 27, 28 соединяют с общим проводом одним отрезком большей длины.
ЖК индикатор HG1 - 1ТМ1601 (16-символьный однострочный с встроенным контроллером). НА1 — любой пьезоэлектрический излучатель звука с встроенным генератором, рассчитанный на напряжение 5 В. В качестве тактового генератора (G1) можно использовать микросборку кварцевого генератора на частоту до 125 МГц, допустимо применение подобного узла с кварцевой стабилизацией и на дискретных элементах.
Управляющая программа микроконтроллера зависит от частоты тактового генератора.
При программировании микроконтроллера в конфигурационном слове устанавливают следующие значения битов: тип генератора (OSC) — RC. сторожевой таймер (WDT) — выключен, задержка после включения питания (PWRTE) — разрешена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ридико Л. DDS: прямой цифровой синтез частоты — Компоненты и технологии. 2001.№ 7. с. 50—54.
2. AD9650, Complete DDS Synthesizer — http://www-analog.com
Доброго времени суток!
В скобках написаны шестнадцатеричные представления чисел.
Наконец-то я созрел до написания следующего поста.
Сегодня я попробую написать генератор импульсов. Да не просто в лоб банальным переключением состояния каждой ножки через определенное время, а «красиво», т.е. через прерывания. В качестве источника прерывания будем использовать переполнение таймера TMR0.
Начинаем разбор полетов
Ща попробуем понять, что же такое этот за загадочный таймер TMR0 .
А таймер этот банально считает количество пришедших импульсов. Причем источником импульса может быть как некое внешнее какое-то устройство, так и внутренний генератор. Выбор источника импульса осуществляется одним битиком регистра OPTION_REG
. А именно пятым битом, T0CS.
Прерывается он тоже вроде понятно. Пришел импульс, значение в регистре инкрементировалось (увеличилось на единицу). И так пока таймер не переполнится. Переполнение обусловлено разрядностью контроллера. Наш контроллер аж 8ми разрядный. А в 8 разрядах можно хранить числа в диапазоне 0..255 включительно (итого 256). А значит, переполнение произойдет, когда в счетчике/таймере будет лежать уже число 255, к которому контроллер будет пытаться прибавить еще единицу. И вот тут-то начнутся всякие чудеса. Значение в регистре счетчика станет равном 0(0x00), а контроллер начнет обработку прерываний, при этом подняв флаг появления этого прерывания.
Вроде разобрались. Теперь как бы нам сделать из него генератор импульсов? Да проще пареной репы. Суть в том, что в регистр TMR0 можно записать число. И он будет инкрементироваться не с нуля, а именно с этого числа. Таким образом, нужно всего-лишь подобрать (ну или посчитать) какое число нам нужно поместить в регистр TMR0, чтобы сделать нужную длительность импульса.
Я тут попытался изобразить некоторое подобие блок схемы, но скачал шибко сложную программулину, а времени разбираться с ней особо не было. Хотя получилось, как по мне, понятно довольно. Смотрим:
Где не показаны стрелочки между блоками, значит они идут друг за другом.
Код получился совсем небольшой, смотрим. Комментировал по максимуму:
#include p16F84A.inc ; подключаем шапку
__CONFIG _CP_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _HS_OSC ; конфигурация МК
;----
; Регистры общего назначения
;---
; Но у нас их не будет вроде как, обойдемся аккумулятором
;---
;Программа
;---
ORG 0x00 ; указываем адрес основном программы
GOTO Main
;---
; Прерывания и подпрограммы
;---
ORG 0x04 ; определяем вектор прерываний
NOP ; калибровочный NOP
COMF PORTA ; инверсия всех выводов порта А
NOP ; опять калибровочный NOP
MOVLW .152 ; Задержку 255-152=103 кладем в W
MOVWF TMR0 ; В TMR0 кладем значение задержки
BCF INTCON,2 ; сбрасываем флаг прерываний
RETFIE ; возвращаемся обратно в осн. программу
;---
;Основной цикл
;---
Main BSF STATUS,5 ; Идем в первый банк
MOVLW .0 ; Помещаем в аккумулятор 0
MOVWF TRISA ; Помечаем весь порт А на выход
BCF OPTION_REG,5 ; Внутренный тактовый сигнал для TMR0
BCF STATUS,5 ; Идем в нулевой банк
BSF INTCON,GIE ; Разрешаем прерывания
BSF INTCON,5 ; Разрешаем прерывания по переполнению TMR0
CLRF PORTA ; Логический ноль на всем порте А
MOVLW .152 ; Отправляем число в аккумулятор
MOVWF TMR0 ; До переполнения осталось 256-1-148=107 мц
Loop ; Ждем прерывания
GOTO Loop
END
Вот собственно и все 🙂 а работает оно вот так.
Измерительные генераторы, в которых требуемое значение частоты устанавливают с помощью клавиатуры, читателям журнала известны (см., например, статью Пискаева А. "Частотомер-генератор-часы" в "Радио", 2002, № 7, с. 31, 32). Как правило, эти приборы выполнены на микроконтроллере, диапазон генерируемых частот ограничен несколькими мегагерцами, а получение точного значения частоты невозможно. Описываемый в статье генератор тоже содержит микроконтроллер, но использован он только для управления специализированной микросхемой - синтезатором частоты AD9850. Применение этой микросхемы позволило расширить диапазон генерируемых частот от долей герца до 60 МГц, в пределах которого можно получить любое значение частоты с точностью 1 Гц.
Он опрашивает клавиатуру SB1-SB16, выводит информацию на ЖК индикатор HG1, вычисляет значение кода частоты и передает его по последовательному интерфейсу в синтезатор DD2. Звукоизлучатель НА1 служит для подтверждения нажатия кнопок клавиатуры. Микросхема AD9850 (DD2) использована в стандартном включении. На выходе ее ЦАПа включен фильтр Z1. После фильтра сигнал синусоидальной формы подается на гнездо XW2 и на вход компаратора микросхемы DD2 (вывод 16). С выхода последнего сигнал прямоугольной формы поступает на гнездо XW1. В качестве тактового генератора для DDS применен кварцевый генератор G1. Подстроечным резистором R7 регулируют контрастность изображения на индикаторе HG1.
После сброса микроконтроллера производится настройка ЖК индикатора HG1 на режим обмена по шине 4 бита, что необходимо для уменьшения числа линий ввода/вывода, требуемых для записи информации.
Управляют генератором с помощью клавиатуры, состоящей из кнопок SB1-SB16. Поскольку все линии порта В, являющиеся входными, подключены к источнику питания через резисторы, необходимости во внешних резисторах, "подтягивающих" порты RB4 -RB7 к линии питания, нет. Резисторы R3-R6 защищают выходы микроконтроллера от перегрузки при случайном нажатии нескольких кнопок одновременно.
Требуемую частоту устанавливают с клавиатуры. Для этого, нажимая на кнопки с соответствующими цифрами, вводят нужное значение (в герцах) и нажимают кнопку "*". Если частота не превышает максимально допустимой, на индикаторе на короткое время появляется сообщение "ОК" и генератор переходит в рабочий режим, а если превышает, - сообщение "Error". В этом случае нужно нажать кнопку "С" ("Сброс") и заново набрать правильное значение. Точно так же поступают и при ошибке в процессе ввода частоты. Двукратное нажатие этой кнопки переводит прибор в рабочий режим с установленным ранее значением частоты.
В рабочем режиме в крайнем правом знакоместе индикатора мигает символ звездочки. Если текущее значение частоты введено с внешнего блока управления (например, с компьютера), то чтобы вернуться к частоте, отображаемой на индикаторе, достаточно нажать кнопку "*".
Кнопки "U" (Up - вверх) и "D" (Down - вниз) позволяют ступенчато изменять выходную частоту генератора, соответственно увеличивая или уменьшая значение десятичного разряда на единицу. Требуемый десятичный разряд выбирают, перемещая курсор кнопками "L" (Left - влево) и "R" (Right - вправо).
При нажатии кнопки "*" значение частоты и позиция курсора сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера, благодаря чему при следующем включении питания прерванный режим работы автоматически восстанавливается.
Поскольку вычислительные способности микроконтроллера ограничены, значение выходной частоты выставляется с точностью около 1 Гц, что достаточно для большинства случаев. Чтобы в полной мере реализовать возможности синтезатора, им можно управлять с помощью ПК. Для этого генератор необходимо доработать, дополнив его узлом, схема которого показана на рис. 3. ПК (или иное управляющее устройство) подключают к розетке
XS1. При низком логическом уровне на адресных входах А мультиплексоры микросхемы DD3 подключают входы управления синтезатором к микроконтроллеру DD1, а при высоком - к внешнему устройству. Сигналы управления поступают через контакт "ENABLE" розетки XS1. Резистор R19 обеспечивает низкий логический уровень на адресных входах DD3 при неподключенном устройстве управления.
Генератор собран и испытан на макетной плате. Если не удастся приобрести плату под корпус SSOP для микросхемы DD2, можно использовать для подключения ее выводов к соответствующим контактным площадкам короткие (длиной 10 15 мм) отрезки луженого провода диаметром 0,2 мм. Выводы 1,2,5,10,19, 24, 26, 27, 28 соединяют с общим проводом одним отрезком большей длины.
ЖК индикатор HG1 - 1ТМ1601 (16-символьный однострочный с встроенным контроллером). НА1 - любой пьезоэлектрический излучатель звука с встроенным генератором, рассчитанный на напряжение 5 В. В качестве тактового генератора (G1) можно использовать микросборку кварцевого генератора на частоту до 125 МГц, допустимо применение подобного узла с кварцевой стабилизацией и на дискретных элементах.
Управляющая программа микроконтроллера зависит от частоты тактового генератора.
При программировании микроконтроллера в конфигурационном слове устанавливают следующие значения битов: тип генератора (OSC) - RC. сторожевой таймер (WDT) - выключен, задержка после включения питания (PWRTE) - разрешена.
Этот проект основан на схеме функционального генератора, описанного на веб-сайте Mondo . Я только сделал очень незначительные изменения и исправил некоторые очевидные опечатки в схеме. Код переписан для синтаксиса Microchip .
Характеристики генератора:
Частотный диапазон: 11 Гц - 60 кГц
Цифровая регулировка частоты с 3 различными шагами
Форма сигнала: синус, треугольный, прямоугольный, пульс, пакетный, sweep, шум
Выходной диапазон напряжения: ± 15В для синуса и треугольника, 0-5В для других
Синхронизация: выход для импульсного сигнала.
Устройство питается от 12-вольтового трансформатора, который обеспечивает достаточно высокое (более 18 В) постоянное напряжение, необходимое для нормальной работы стабилизаторов 78L15 и 79L15. Питание в ±15 В необходимо для того, чтобы ОУ LF353 на выходе давал полный спектр сигналов при 1кОм нагрузки. При использовании питания ±12 В этот резистор должен быть не менее 3 кОм.
Датчик вращения (поворотный энкодер) который я использовал – ALPS SRBM1L0800 в виде двух переключателей в круге на схеме. Автор, вероятно, использовал другой, так что некоторые изменения в коде программы контроллера были необходимы. Мой датчик имеет две группы контактов: ВЫКЛ и ВКЛ (когда ротор перемещается в соответствующем направлении). Таким образом, изменение прерывания PORTB должны быть созданы, если одна из пар контактов коротится. Это достигается за счет подключения обоих групп контактов на контакты PIC16 (RB4 - RB7), которые проверяются программой на изменение состояния. К счастью, RB4 не был использован в оригинальном дизайне, так что я просто перенаправлен RB3 на RB4. Другая модификация вызвана использованием поворотного энкодера, потому я немного изменил прерывания микропрограммы. Я заставил регулятор, сохранять состояние в течении 100 последовательных измерений вместо 10 в оригинальном дизайне. Заметим, что некоторые ножки PIC используются для перенаправления +5 В для упрощения компоновки печатной платы, поэтому они настроены в качестве входов портов.
Печатная плата предусматривает три резисторных сборки. Одна – R/2R – для ЦАП из Bourns 4310R серии. Сборка ЦАП резисторов может быть построена и на дискретных резисторах по схеме выше. Следует использовать резисторы с допуском до ± 1% или лучше. Светодиодные ограничительные резисторы серии Bourns 4306R. Яркость светодиодов может быть увеличена изменением сопротивления ограничительных резисторов до 220 – 330 Ом.
Генератор собран в 179x154x36 мм пластиковом корпусе с алюминиевыми передней и задней панелями. Уровень выходного сигнала регулируется переменным резистором Alfa 1902F серии. Все другие компоненты устанавливаются на передней и задней панелях (кнопки, разъемы, светодиодные сборки, разъем питания). Платы крепятся к корпусу болтами в 6мм с пластиковыми прокладками.
Генератор производит 9 различных форм сигналов и работает в трех режимах, которые выбираются с помощью кнопки "Выбрать (Select)" и их индикация выводится на трех верхних (по схеме) светодиодах. Датчик вращения корректирует параметры сигнала в соответствии со следующей таблицей:
Режим \Форма |
Triangle |
||||||||
|
Режим 1 |
|||||||||
|
Режим 2 |
|||||||||
|
Режим 3 |
Сразу после включения генератор переходит в режим 1 и генерирует синус. Тем не менее, начальная частота довольно низкая и по крайней мере одного щелчка регулятора хватит, чтобы увеличить ее.
P.S. От себя добавлю: при повторении устройства с авторской печатной платой прибор отказался заводиться (возможно на печатной плате есть ошибка), а при монтаже на макетной плате – генератор начал работать сразу.
Ниже вы можете скачать исходники asm, прошивку и файлы печатных плат ()
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Схема генератора. | |||||||
| Микроконтроллер | PIC16F870 | 1 | В блокнот | ||||
| Сдвиговый регистр | CD74HC164 | 1 | В блокнот | ||||
| Операционный усилитель | LF353 | 1 | В блокнот | ||||
| Мультиплексор/демультиплексор | CD4053B | 1 | В блокнот | ||||
| Линейный регулятор | LM7805 | 1 | В блокнот | ||||
| Линейный регулятор | LM78L15 | 1 | В блокнот | ||||
| Линейный регулятор | LM79L15 | 1 | В блокнот | ||||
| Выпрямительный диод | 1N4002 | 3 | В блокнот | ||||
| Конденсатор | 22 пФ | 2 | В блокнот | ||||
| Конденсатор | 51 пФ | 1 | В блокнот | ||||
| Конденсатор | 100 пФ | 1 | В блокнот | ||||
| Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | ||||
| Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| 1 мкФ | 2 | В блокнот | |||||
| Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 500 мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 470 Ом | 6 | В блокнот | ||||
| Переменный резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 2.7 кОм | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 10 кОм | 4 | В блокнот | ||||
| Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | ||||
| Резистор | 22 кОм | 1 | |||||
Максимальная частота выдаваемая генератором немного больше 13 кГц, минимальная меньше 0,01 Гц (для частоты кварцевого генератора 4 МГц).
Схема.
Схема достаточно простая. Она собрана на основе микроконтроллера PIC16C63A, сигнал снимается с двух его выводов, их состояние всегда разное. Без нагрузки уровень единицы отличается от напряжения питания меньше чем на 0,1 вольт, уровень нуля тоже очень низкий. Выводы рассчитаны на ток до 30 мА. Микросхема МАХ232 используется для преобразования уровней интерфейса RS232 в уровни TTL. Для питания устройства нужен 5 вольтовый блок питания, на рисунке он не показан.
Программа.
Для установки параметров сигнала выдаваемого микроконтроллером необходимо использовать специальную программу. Программа написана для ОС Windows, ниже приведен вид ее окна.
Элементы управления предназначены для задания частоты выходного сигнала, отношения длин положительного и отрицательного полупериодов. Есть возможность ограничить количество выдаваемых импульсов (1...2 23 -1). Так как программа в микроконтроллере не позволяет выводить любую частоту, после нажатия на кнопку "Send" будет рассчитано ближайшее возможное значение частоты и оно запишется в поле частота вместо введенного с клавиатуры. Поля "Длительность 1" и "Длительность 0" содержат длительности сигнала в условных единицах с которыми работает программа в PICе, это целые числа больше нуля и меньше 2 24 . Предусмотрены настройки для выбора номера последовательного порта и частоты используемого кварцевого резонатора.
Источник: svv.on.ufanet.ru
| C этой схемой также часто просматривают: |
