Generator auf PIC16F84A und AD9850. Schema, Beschreibung

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Generator auf PIC16F84A und AD9850. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller

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Den Lesern der Zeitschrift sind Messgeneratoren bekannt, bei denen der gewünschte Frequenzwert über die Tastatur eingestellt wird (siehe z. B. den Artikel Piskaev A. „Frequency meter-generator-clock“ in Radio, 2002, Nr. 7 , S. 31, 32). In der Regel werden diese Geräte auf einem Mikrocontroller hergestellt, der Bereich der erzeugten Frequenzen ist auf mehrere Megahertz begrenzt und es ist unmöglich, einen genauen Frequenzwert zu erhalten. Der im Artikel beschriebene Generator enthält auch einen Mikrocontroller, der jedoch nur zur Steuerung einer speziellen Mikroschaltung dient – dem Frequenzsynthesizer AD9850. Durch den Einsatz dieser Mikroschaltung konnte der Bereich der erzeugten Frequenzen von Bruchteilen eines Hertz auf 60 MHz erweitert werden, innerhalb dessen jeder Frequenzwert mit einer Genauigkeit von 1 Hz erhalten werden kann.

Der vorgeschlagene Oszillator basiert auf dem AD9850-Chip von Analog Devices, einem vollständigen DDS-Frequenzsynthesizer (Direct Digital Synthesis) mit integriertem Komparator. Solche Synthesizer sind einzigartig in ihrer Genauigkeit, unterliegen praktisch keiner Temperaturdrift und Alterung (das einzige Element, das analogen Geräten eine inhärente Instabilität aufweist, ist ein Digital-Analog-Wandler). Aufgrund der hohen technischen Eigenschaften von DDS-Synthesizern haben sie in letzter Zeit herkömmliche analoge Frequenzsynthesizer ersetzt. Ihr Hauptvorteil ist die sehr hohe Frequenz- und Phasenauflösung, die digital gesteuert wird. Die digitale Schnittstelle erleichtert die Realisierung einer Mikrocontroller-Steuerung. Eine ausführlichere Beschreibung der Prinzipien der direkten digitalen Frequenzsynthese findet sich beispielsweise in [1].

Das Blockdiagramm des Synthesizers AD9850 ist in Abbildung 1 dargestellt.

(zum Vergrößern klicken)

Seine Basis ist der Phasenakkumulator, der den Code der momentanen Phase des Ausgangssignals bildet. Dieser Code wird in einen digitalen Wert eines Sinussignals umgewandelt, das mit Hilfe eines DAC in ein analoges umgewandelt und gefiltert wird. Der Komparator erzeugt ein Rechteckwellen-Ausgangssignal. Seine Frequenz fout (in Hertz) wird durch die Formel fout = Δfin/232 bestimmt, wobei fin die Taktfrequenz Hz ist; Δ – 32-Bit-Frequenzcodewert. Der Maximalwert von fout darf die halbe Taktfrequenz nicht überschreiten.

AD9850 Schlüsselspezifikationen (bei 5 V Versorgungsspannung)

Taktgeneratorfrequenz, MHz......1...125
Maximaler Stromverbrauch (bei Flosse = 125 MHz), mA......96
Anzahl der Bits des DAC ...... 10
Maximaler Ausgangsstrom des DAC (bei Rset = 3,9kΩ), mA ...10,24
Maximale integrale Nichtlinearität DAC, MZR......1
Komparator-Ausgangsspannung, V:
minimal hoher Pegel ...4,8
maximaler Low-Pegel ...0,4

Der AD9850 bietet sowohl parallele als auch serielle Schnittstellen zum Herunterladen von Daten. Im letzteren Fall werden Daten (ein Wort mit 40 Bits) über seinen Eingang D7 eingegeben. Jedes Datenbit wird von einem Impuls positiver Polarität am Takteingang W_CLK begleitet. Nachdem das Steuerwort durch einen Impuls positiver Polarität am Eingang FQ_UD geladen wurde, werden die Generierungsparameter durch neue ersetzt. Die Belegung der Bits des Steuerworts ist in der Tabelle angegeben. 1.

Generator auf PIC16F84A und AD9850

Das schematische Diagramm des Generators ist in Abb. dargestellt. 2. Verwaltet den Synthesizer DD2 Mikrocontroller DD1.

(zum Vergrößern klicken)

Es fragt die SB1-SB16-Tastatur ab, zeigt Informationen auf der HG1-LCD-Anzeige an, berechnet den Frequenzcodewert und überträgt ihn über eine serielle Schnittstelle an den DD2-Synthesizer. Der Tongeber HA1 dient zur Bestätigung des Drückens der Tastaturtasten. Der Chip AD9850 (DD2) wird standardmäßig verwendet [2]. Am Ausgang seines DAC ist der Z1-Filter eingeschaltet. Nach dem Filter wird ein sinusförmiges Signal an die XW2-Buchse und an den Eingang des Komparators des DD2-Chips (Pin 16) geleitet. Von dessen Ausgang wird ein Rechtecksignal der XW1-Buchse zugeführt. Der Quarzoszillator G1 wird als Taktgenerator für DDS verwendet. Der Trimmerwiderstand R7 passt den Kontrast des Bildes auf dem Indikator HG1 an.

Nach dem Zurücksetzen des Mikrocontrollers wird die HG1-LCD-Anzeige auf den 4-Bit-Busaustauschmodus eingestellt, der erforderlich ist, um die Anzahl der zum Schreiben von Informationen erforderlichen E/A-Leitungen zu reduzieren.

Die Steuerung des Generators erfolgt über eine Tastatur bestehend aus den Tasten SB1-SB16. Da alle Eingangsleitungen von Port B über Widerstände mit der Stromversorgung verbunden sind, sind keine externen Widerstände erforderlich, um die RB4-RB7-Ports an die Stromleitung „hochzuziehen“. Die Widerstände R3-R6 schützen die Ausgänge des Mikrocontrollers vor Überlastung, wenn versehentlich mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt werden.

Die gewünschte Frequenz wird über die Tastatur eingestellt. Geben Sie dazu durch Drücken der Tasten mit den entsprechenden Zahlen den gewünschten Wert (in Hertz) ein und drücken Sie die Taste „*“. Wenn die Frequenz den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet, erscheint für kurze Zeit die Meldung „OK“ auf der Anzeige und der Generator geht in den Betriebsmodus, bei Überschreitung erscheint die Meldung „Fehler“. In diesem Fall müssen Sie die Taste „C“ („Zurücksetzen“) drücken und den korrekten Wert erneut eingeben. Dasselbe geschieht im Falle eines Fehlers bei der Eingabe der Frequenz. Durch zweimaliges Drücken dieser Taste wird das Gerät in den Betriebsmodus mit dem zuvor eingestellten Frequenzwert versetzt.

Im Betriebsmodus blinkt ganz rechts in der Anzeige ein Sternchensymbol. Wenn der aktuelle Frequenzwert von einer externen Steuereinheit (z. B. von einem Computer) eingegeben wird, drücken Sie einfach die Taste „*“, um zur auf dem Anzeigegerät angezeigten Frequenz zurückzukehren.

Mit den Tasten „U“ (Up – hoch) und „D“ (Down – runter) können Sie die Ausgangsfrequenz des Generators schrittweise ändern und den Wert der Dezimalstelle jeweils um eins erhöhen oder verringern. Die gewünschte Dezimalstelle wird durch Bewegen des Cursors mit den Tasten „L“ (Links – links) und „R“ (Rechts – rechts) ausgewählt.

Beim Drücken der „*“-Taste werden der Frequenzwert und die Cursorposition im nichtflüchtigen Speicher des Mikrocontrollers gespeichert, so dass der unterbrochene Betriebsmodus beim nächsten Einschalten automatisch wiederhergestellt wird.

Da die Rechenkapazitäten des Mikrocontrollers begrenzt sind, wird der Ausgangsfrequenzwert mit einer Genauigkeit von etwa 1 Hz eingestellt, was für die meisten Fälle ausreichend ist. Um die Möglichkeiten des Synthesizers voll auszuschöpfen, kann er über einen PC gesteuert werden. Dazu muss der Generator modifiziert und durch einen Knoten ergänzt werden, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 3. PC (oder anderes Steuergerät) wird an Buchse XS1 angeschlossen. Bei einem niedrigen Logikpegel an den Adresseingängen A verbinden die Multiplexer des DD3-Chips die Steuereingänge des Synthesizers mit dem DD1-Mikrocontroller und bei einem hohen Logikpegel mit einem externen Gerät. Der Empfang der Steuersignale erfolgt über den „ENABLE“-Kontakt der XS1-Buchse. Der Widerstand R19 sorgt für einen niedrigen Logikpegel an den Adresseingängen DD3, wenn das Steuergerät nicht angeschlossen ist.

Generator auf PIC16F84A und AD9850

Der Generator wird auf einem Steckbrett zusammengebaut und getestet. Wenn es nicht möglich ist, eine Platine für das SSOP-Gehäuse für die DD2-Mikroschaltung zu erwerben, können Sie deren Ausgänge mit kurzen (10 ... 15 mm langen) verzinnten Drahtstücken mit einem Durchmesser von 0,2 mm mit den entsprechenden Pads verbinden. Die Schlussfolgerungen 1,2,5,10,19, 24, 26,27, 28 sind mit einem gemeinsamen Kabel mit einem Segment größerer Länge verbunden.

LCD-Anzeige HG1 – ITM1601 (16 Zeichen, einzeilig mit integriertem Controller). HA1 – jeder piezoelektrische Schallgeber mit eingebautem Generator, ausgelegt für eine Spannung von 5 V. Als Taktgenerator (G1) können Sie eine Mikrobaugruppe eines Quarzoszillators für eine Frequenz von bis zu 125 MHz verwenden Es ist zulässig, eine ähnliche Einheit mit Quarzstabilisierung und auf diskreten Elementen zu verwenden.

Das Steuerprogramm des Mikrocontrollers hängt von der Frequenz des Taktgebers ab.

"Firmware" für die gängigsten Werte

Programmcodes für einen Generator mit einer Frequenz von 32 MHz sind in der Tabelle angegeben. 2.

(zum Vergrößern klicken)

Bei der Programmierung des Mikrocontrollers werden im Konfigurationswort folgende Bitwerte gesetzt: Oszillatortyp (OSC) – RC, Watchdog-Timer (WDT) – deaktiviert, Post-Power-On-Verzögerung (PWRTE) – aktiviert.

Literatur

Ridiko L. DDS: Direkte digitale Frequenzsynthese. – Komponenten und Technologien, 2001, Nr. 7, S. 50-54.
AD9850 Kompletter DDS-Synthesizer. - .

Autor: S.Kuleshov, Kurgan

Siehe andere Artikel Abschnitt Mikrocontroller.

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