Generatore su PIC16F84A e AD9850. Schema, descrizione

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Generatore basato su PIC16F84A e AD9850. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I generatori di misura, in cui il valore di frequenza richiesto viene impostato utilizzando una tastiera, sono noti ai lettori della rivista (vedi, ad esempio, l'articolo di Piskaev A. "Frequency meter-generator-clock" in "Radio", 2002, n. 7, pp. 31, 32). Di norma, questi dispositivi sono realizzati su un microcontrollore, la gamma di frequenze generate è limitata a diversi megahertz ed è impossibile ottenere un valore di frequenza esatto. Il generatore descritto nell'articolo contiene anche un microcontrollore, ma viene utilizzato solo per controllare un microcircuito specializzato: il sintetizzatore di frequenza AD9850. L'utilizzo di questo microcircuito ha permesso di ampliare la gamma delle frequenze generate da frazioni di hertz a 60 MHz, all'interno della quale è possibile ottenere qualsiasi valore di frequenza con una precisione di 1 Hz.

Il generatore proposto si basa sul chip AD9850 di Analog Devices, che è un sintetizzatore di frequenza DDS (Direct Digital Synthesis) completo con un comparatore integrato. Tali sintetizzatori sono unici nella loro precisione e praticamente non sono soggetti alla deriva termica e all'invecchiamento (l'unico elemento che presenta la caratteristica di instabilità dei dispositivi analogici è il convertitore digitale-analogico). A causa delle elevate caratteristiche tecniche dei sintetizzatori DDS, recentemente hanno sostituito i sintetizzatori di frequenza analogici convenzionali. Il loro vantaggio principale è l'altissima frequenza e la risoluzione di fase, controllata digitalmente. L'interfaccia digitale consente una facile implementazione del controllo del microcontrollore. Una descrizione più dettagliata dei principi della sintesi digitale diretta della frequenza può essere trovata, ad esempio, in [1].

Lo schema a blocchi del sintetizzatore AD9850 è mostrato nella Figura 1.

(clicca per ingrandire)

La sua base è un accumulatore di fase, che genera il codice di fase istantaneo del segnale di uscita. Questo codice viene convertito in un valore digitale di un segnale sinusoidale, che viene convertito in analogico utilizzando un DAC e filtrato. Il comparatore consente di ottenere un segnale di uscita rettangolare. La sua frequenza fout (in hertz) è determinata dalla formula fout = Δfin/232, dove fin è la frequenza dell'orologio, Hz; Δ - Valore del codice di frequenza a 32 bit. Il valore massimo di fout non può superare la metà della frequenza del clock.

Specifiche chiave AD9850 (con tensione di alimentazione 5V)

Frequenza del generatore di clock, MHz......1...125
Consumo massimo di corrente (alla pinna = 125 MHz), mA......96
Numero di bit del DAC ...... 10
Corrente di uscita massima del DAC (a Rset = 3,9kΩ), mA ...10,24
Massima non linearità integrale DAC, MZR......1
Tensione di uscita del comparatore, V:
minimo alto livello ...4,8
livello massimo basso ...0,4

Per scaricare i dati, il chip AD9850 fornisce interfacce parallele e seriali. In quest'ultimo caso, i dati (una parola da 40 bit) vengono immessi tramite l'ingresso D7. Ogni bit di dati è accompagnato da un impulso di polarità positiva sull'ingresso dell'orologio W_CLK. Dopo aver caricato la parola di controllo tramite un impulso di polarità positiva sull'ingresso FQ_UD, i parametri di generazione vengono sostituiti con altri nuovi. L'assegnazione dei bit della parola di controllo è riportata nella tabella. 1.

Generatore su PIC16F84A e AD9850

Lo schema schematico del generatore è mostrato in Fig. 2. Il sintetizzatore DD2 è controllato dal microcontrollore DD1.

(clicca per ingrandire)

Interroga la tastiera SB1-SB16, visualizza le informazioni sull'indicatore LCD HG1, calcola il valore del codice di frequenza e lo trasmette tramite l'interfaccia seriale al sintetizzatore DD2. L'emettitore sonoro HA1 serve per confermare la pressione dei pulsanti della tastiera. Il chip AD9850 (DD2) viene utilizzato in una connessione standard [2]. Il filtro Z1 è acceso all'uscita del suo DAC. Dopo il filtro, un segnale sinusoidale viene fornito alla presa XW2 e all'ingresso del comparatore del chip DD2 (pin 16). Dall'uscita di quest'ultimo viene fornito un segnale rettangolare alla presa XW1. L'oscillatore al quarzo G1 viene utilizzato come generatore di clock per DDS. Il resistore trimmer R7 regola il contrasto dell'immagine sull'indicatore HG1.

Dopo aver reimpostato il microcontrollore, l'indicatore LCD HG1 è configurato per la modalità di scambio bus a 4 bit, necessaria per ridurre il numero di linee di ingresso/uscita necessarie per la registrazione delle informazioni.

Il generatore viene controllato tramite una tastiera composta dai pulsanti SB1-SB16. Poiché tutte le linee di ingresso della porta B sono collegate all'alimentazione tramite resistori, non è necessario che resistori esterni colleghino le porte RB4-RB7 alla linea di alimentazione. I resistori R3-R6 proteggono le uscite del microcontrollore dal sovraccarico quando vengono premuti accidentalmente più pulsanti contemporaneamente.

La frequenza richiesta viene impostata dalla tastiera. Per fare ciò, fare clic sui pulsanti con i numeri corrispondenti, inserire il valore desiderato (in hertz) e premere il pulsante “*”. Se la frequenza non supera il massimo consentito, sull'indicatore viene visualizzato per un breve periodo il messaggio "OK" e il generatore entra in modalità operativa e, se supera, viene visualizzato il messaggio "Errore". In questo caso è necessario premere il pulsante "C" ("Reset") e reinserire il valore corretto. Fanno lo stesso se si verifica un errore durante il processo di immissione della frequenza. Premendo due volte questo pulsante si mette il dispositivo in modalità operativa con il valore di frequenza precedentemente impostato.

Nella modalità operativa, il simbolo dell'asterisco lampeggia nell'area all'estrema destra dell'indicatore. Se il valore della frequenza corrente viene immesso da un'unità di controllo esterna (ad esempio da un computer), per tornare alla frequenza visualizzata sull'indicatore è sufficiente premere il pulsante “*”.

I pulsanti "U" (Su - su) e "D" (Giù - giù) consentono di modificare gradualmente la frequenza di uscita del generatore, rispettivamente aumentando o diminuendo di uno il valore della cifra decimale. La cifra decimale richiesta viene selezionata spostando il cursore utilizzando i pulsanti "L" (Sinistra - sinistra) e "R" (Destra - destra).

Quando si preme il pulsante "*", il valore della frequenza e la posizione del cursore vengono salvati nella memoria non volatile del microcontrollore, in modo che alla successiva accensione, la modalità operativa interrotta venga ripristinata automaticamente.

Poiché le capacità di calcolo del microcontrollore sono limitate, la frequenza di uscita viene impostata con una precisione di circa 1 Hz, sufficiente per la maggior parte dei casi. Per realizzare appieno le capacità del sintetizzatore, è possibile controllarlo tramite un PC. Per fare ciò è necessario modificare il generatore aggiungendo una unità, il cui schema è mostrato in Fig. 3. Il PC (o altro dispositivo di controllo) è collegato alla presa XS1. Quando il livello logico sugli ingressi dell'indirizzo A è basso, i multiplexer del chip DD3 collegano gli ingressi di controllo del sintetizzatore al microcontrollore DD1 e quando il livello logico è alto a un dispositivo esterno. I segnali di controllo vengono forniti attraverso il contatto "ENABLE" della presa XS1. Il resistore R19 fornisce un livello logico basso agli ingressi di indirizzo di DD3 quando il dispositivo di controllo non è collegato.

Generatore su PIC16F84A e AD9850

Il generatore è assemblato e testato su breadboard. Se non è possibile acquistare una scheda per l'alloggiamento SSOP del chip DD2, è possibile utilizzare pezzi corti (10...15 mm di lunghezza) di filo stagnato con un diametro di 0,2 mm per collegare i suoi pin ai corrispondenti pad. I pin 1,2,5,10,19, 24, 26,27, 28 sono collegati al filo comune con un segmento più lungo.

Indicatore LCD HG1 - ITM1601 (riga singola da 16 caratteri con controller integrato). HA1 è qualsiasi emettitore di suono piezoelettrico con un generatore incorporato, progettato per una tensione di 5 V. Come generatore di orologio (G1), è possibile utilizzare un microassemblaggio di un oscillatore al quarzo con una frequenza fino a 125 MHz; è consentito utilizzare un'unità simile con stabilizzazione al quarzo e su elementi discreti.

Il programma di controllo del microcontrollore dipende dalla frequenza del generatore di clock.

"Firmware" per i valori più comuni

I codici di programma per un generatore con una frequenza di 32 MHz sono riportati nella tabella. 2.

(clicca per ingrandire)

Quando si programma il microcontrollore, nella parola di configurazione vengono impostati i seguenti valori di bit: tipo di oscillatore (OSC) - RC, timer watchdog (WDT) - disabilitato, ritardo dopo l'accensione (PWRTE) - abilitato.

Letteratura

Ridico L. DDS: sintesi digitale diretta di frequenza. - Componenti e Tecnologie, 2001, n. 7, p. 50-54.
AD9850 Sintetizzatore DDS completo. - .

Autore: S.Kuleshov, Kurgan

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