Универсальный синтезатор частоты. Цифровой синтезатор частоты Низкочастотный синтезатор на микроконтроллере

Простой, универсальный синтезатор на Si5351 до 160 МГц.

Si5351A — это генератор с тремя независимыми выходами, которые могут генерировать каждый отдельный сигнал от 8 кГц до 160 МГц. Чип SiLabs Si5351А является двоюродный братом известного и популярного Si570 , но гораздо меньше, и на много дешевле. В отличие от Si570 , Si5351A не имеет кварцевого кристалла внутри. Опорная частота может быть 25МГц или 27МГц. Может быть использован как кварцевый генератор или кварцевый резонатор. Si5351A, которая использует интерфейс I2C легко использовать с микроконтроллером Arduino. Все эти особенности, вместе с библиотекой программного обеспечения позволяют легко и быстро настроить Si5351A для использования в вашем следующем проекте в соответствии с вашими потребностями. Три независимых выхода идеально подходят для использования в качестве ГПД (VFO) в супергетеродине или трансивере. Маленький шаг настройки 1 Гц и большой диапазон частот делают его отличным выбором для таких проектов как приемники, трансиверы, техника прямого преобразование или SDR-техника, антенный анализатор, генератор сигналов или тактовый генератор. Дополнительный TCXO делает Si5351A особенно полезным в тех случаях, когда требуется высокая стабильность, необходимых, например, в передатчике WSPR или QRSS.

Предлагаемый синтезатор предназначен для использования в простых самодельных приемниках, трансиверах с кварцевым фильтром, в технике прямого преобразования, SDR — технике, где условием для их работы является удвоение или учетверение (Х2, Х4) частоты на выходе синтезатора. Причем для премо — передающих устройствах с одной ПЧ в районе 9МГц (может быть любая), нужные частоты «опоры» «снимаются» с дополнительного выхода Si5351. Что дает возможность отказаться от классических кварцевых опорных гетеродинов с подстраивающими частото — сдвигающими контурами, конденсаторами для выбора нужной боковой полосы. И при минимальных (никаких) знаниях пользователь сам может поменять, подстраивать их значения.

Так же не составит особого труда выбрать нужный для пользователя режим работы синтезатора.

1. Классический вариант с одним ПЧ и с опорой на борту.
2. Прямой выход. Синтезатор используется как генератор до 160 МГц.
3. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на четыре . Для техники ПП, SDR.
4. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на два . Для техники ПП, SDR.

В синтезаторе предусмотрено включение/выключение PRE/ATT (УВЧ, АТТ) по кругу с помощью одной кнопки. Так же планируется дешифратор для коммутации полосовых фильтров. Пока диапазоны уточняются. Схема и некоторые фото ниже.

Алексей ТЕМЕРЕВ (UR5VUL), г. Светловодск, Украина
Предлагаемый синтезатор предназначен для совместной работы с приемными и передающими трактами диапазонов 160, 80 и 40 метров с промежуточной частотой 500 кГц.
Синтезатор частоты собран на базе микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) AD9835 .

В ней имеются аккумулятор фазы, ПЗУ, хранящее функцию косинус и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Аккумулятор фазы представляет собой накопительный регистр, содержимое которого с каждым поступающим от внешнего тактового генератора импульсом увеличивается на определенное число, называемое кодом частоты. Длина аккумулятора в микросхеме AD9835 - 32 двоичных разряда. Его переполнения игнорируются, счет после них продолжается. Число, накопленное в аккумуляторе, служит аргументом функции косинус, отсчеты которой хранятся в специальном ПЗУ. На выходе ЦАП, подключенного к выходу ПЗУ, получаем синусоидальное напряжение заданной частоты fвих. Ее можно определить по формуле

где fтакт - тактовая частота; N - число разрядов аккумулятора фазы; М - код частоты, занесенный в микросхему по последовательному интерфейсу.
Технические характеристики
Шаг перестройки, Гц.....10, 50, 1000
Напряжение сигнала на нагрузке 50 Ом, В, не менее.....0,5
Напряжение питания, В...........12
Ток потребления, мА, не
более.......................200
Схема синтезатора приведена на рис. 1.


Микроконтроллер DD1 обрабатывает нажатия кнопок управления SB1-SB4, импульсы валкодера, поступающие на разъем ХР2, и выдает код частоты на входы SCLK и SDATA микросхемы DDS (DA3). Загрузка каждого кода сопровождается импульсом, подаваемым на вход FSYNC. В микроконтроллере включен внутренний тактовый генератор. Источником тактовых импульсов частотой 50 МГц для DDS служит интегральный кварцевый генератор G1. Сигнал с выхода DDS проходит через двухзвенный ФНЧ с частотой среза около 8 МГц (C16L3C17L4C18) и буферный усилитель на транзисторе VT1.
Для отображения информации применен подключаемый к разъему ХРЗ двухстрочный ЖКИ по 20 символов в строке с встроенным контроллером HD44780. В скобках у выводов разъема указаны номера выводов использованного ЖКИ MDLS-20265. При его замене аналогичным другого типа следует учитывать, что нумерация выводов может быть иной. При загрузке в микроконтроллер DD1 соответствующей версии программы можно применить и ЖКИ с двумя строками по 16 символов.
Схема узла оптического валкодера, подключаемого к разъему ХР2, изображена на рис. 2.

Позиционные обозначения элементов здесь в основном соответствуют имеющимся в , где этот узел описан подробно. Между излучающим диодом VD7 и сдвоенным фотодиодом VD8 находится непрозрачный для ИК лучей диск с прорезями. При вращении диска фотодиоды поочередно затеняются и освещаются, в результате чего закрываются и открываются транзисторы VT5 и VT6. По знаку фазового сдвига между импульсами на их коллекторах микроконтроллер определяет направление вращения диска, а по числу импульсов - угол его поворота.
При подаче питания синтезатор начинает работать в диапазоне 160 метров на частоте, записанной ранее в память микроконтроллера в качестве стартовой. Нажатиями на кнопку SB4 диапазоны переключаются по кругу. О включенном диапазоне сигнализирует высокий уровень на соответствующем контакте разъема ХР1. Эти сигналы можно использовать для управления внешними устройствами.
По умолчанию шаг перестройки синтезатора - 50 Гц. Но если вращать вал кодер при нажатой кнопке SB2, перестройка будет происходить с шагом 1 кГц, а при нажатой кнопке SB3 - с шагом 10 Гц. Одновременным нажатием на кнопки SB2 и SB4 текущее значение частоты записывают в энергонезависимую память микроконтроллера для использования в качестве стартового.
При нажатии на кнопку SB1 установленная частота запоминается в памяти микроконтроллера. На эту частоту синтезатор будет автоматически переходить в режиме передачи (при низком уровне напряжения, поданного на контакт 1 разъема ХР1). Причем в режиме приема сохраняется возможность настроиться на любую частоту диапазона. После повторного нажатия на кнопку SB1 синтезатор возвращается к обычному режиму работы без разноса частот передачи и приема.

О режиме работы - приеме или передаче - сигнализируют надписи, выводимые в левой части верхней строки ЖКИ (рис. 3).


В этой же строке выводится значение установленной рабочей частоты, а нижняя строка отведена для отображения уровня напряжения, поступающего на контакт 6 разъема ХР1. Подразумевается, что это напряжение с выхода S-метра приемника. Шкала отображения-линейная. Масштаб регулируют подстроечным резистором R6. Оптимальной контрастности изображения на табло ЖКИ добиваются подстроечным резистором R12.
Синтезатор собран на печатной плате размерами 117x48 мм из фольгирован-ного с двух сторон стеклотекстолита, причем верхний слой фольги служит экраном (рис. 4).


Чертеж платы и размещение деталей на ней показаны на рис. 5.


ЖКИ закреплен над платой на стойках со стороны печатных проводников. С этой же стороны установлены кнопки SB1-SB4 и припаян непосредственно к печатным проводникам резистор R13.
Дроссели L1, L2, L5 - малогабаритные импортные. Катушки L3 и L4 содержат по 20 витков провода диаметром 0,25 мм на кольцах К7х4х2 из феррита 20ВЧ. Можно применить и готовые катушки указанной на схеме индуктивности. Трансформатор Т1 имеет три обмотки по 15 витков провода диаметром 0,25 мм на кольце К7х4х2 из феррита 600НН или 1000НН. Генератор G1 - КХО-200 на 50МГц.
К статье прилагаются четыре варианта программы для микроконтроллера DD1, имена файлов которых указаны в таблице.


Они различаются тем, что частота fBblx, генерируемая синтезатором, может быть на 500 кГц (значение ПЧ, заложенное в программу) больше или меньше частоты приема-передачи f0, выводимой на ЖКИ. Сам ЖКИ в зависимости от версии программы должен отображать 20 или 16 символов в каждой из двух строк.
В микроконтроллере должны быть запрограммированы (отмечены "галочками" в окне Configuration and Secirity Bits программы Ponyprog) следующие разряды: BODLEVEL, BODEN, SUTO, SKSELO, SKSEL1, SKSEL3. Автор пользовался для программирования микроконтроллера описанным в простым адаптером, подключаемым к СОМ-порту компьютера. Программы микроконтроллера синтезатора скачать
Перед первым включением синтезатора необходимо тщательно проверить печатную плату на отсутствие замыканий между проводниками, особенно в районе выводов микросхемы DA3. При правильно собранной цифровой части после подачи питания на индикаторе синтезатора будет отображена частота 1900 кГц.
ЛИТЕРАТУРА
1. 50 MHz CMOS Complete DDS AD9835. - imported-files/data_sheets/AD9835. pdf>.
2. Темерев А. Однодиапазонный синтезатор частоты. - Радио, 2004, № 12, с. 57-60.
3. Темерев А. Синтезатор частоты KB трансивера. - Радио, 2009, № 9, с. 55-57.
От редакции. Программы микроконтроллера синтезатора имеются на нашем FTP-сервере по адресу .
Радио №9 2010

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Кедов Александр, г.Омск

В ашему вниманию предлагается синтезатор частот для вещательного приёмника 87,5-108МГц, выполненный на микроконтроллере ATMEGA16 и микросхеме LC72131 с индикацией на ЖК-дисплее WH1602B. Внимание! Токоограничивающий резистор подсветки устанавливать на плате индикатора. Напряжение питания синтезатора - 12В, шаг сетки частот - 100 кГц, промежуточная частота: +10,7МГц. Имеется вариант прошивки для LM7001.

Для просмотра схемы кликните левой клавишей мышки

С интезатор имеет возможность хранения в памяти до 99 каналов, причем, если занесено, например, 11 каналов, то перебор производится только по ним, а оставшиеся 88 каналов игнорируются. После подачи питания первой включается станция, на которой ранее был выключен синтезатор, она находится на канале с номером 0.
Синтезатор имеет валкодерное управление и 2 кнопки MODE и MEMORY. MODE определяет режим работы: плавная настройка или перемещение по станциям, занесённым в память. Плавная настройка осуществляется как вверх, так и вниз до краёв диапазона. Перемещение по станциям, занесенным в память осуществляется как вверх, так и вниз, по кольцу. Дополнительно имеется кнопка RESET, которой производится стирание всех станций из памяти.

Д ля стирания нобходимо нажать кнопку RESET, и, удерживая её, подать питание. 0,5 сек. индикатор не будет ничего показывать (в это время идёт очистка памяти), а затем отобразится следующее: "87,5 СН:00". Для записи станций необходимо нажатием на кнопку MODE перейти в "Режим настройки" и, вращая валкодер, настроиться на желаемую станцию. После чего нажать кнопку MEMORY. При этом экран погаснет на 0,5 сек., что говорит о том, что запись в память произведена. Далее производится выбор и запоминание других желаемых станций, после чего переходят в режим "Предварительных настроек" повторным нажатием кнопки MODE. Исходник программы подробно комментирован, что позволит легко внести желаемые изменения, например, изменение границ диапазона. При желании возможна переразводка платы под контроллер ATMEGA8 (при перекомпиляции программы). Установки фьюзов для контроллера указаны в начале программы.

В качестве валкодера применен энкодер PEC-16 фирмы BOURNS или аналогичный, который вырабатывает один импульс на один щелчок. Подключение линий валкодера А и В и кнопок к контроллеру - строго по принципиальной схеме (а не по печатной плате). На печатной плате процессора имеется место для установки кварцевого резонатора, но в данной конструкции он не применяется. Тактирование процессора осуществляется от внутреннего генератора частотой 1 МГц. В качестве частотозадающего элемента в синтезаторе применён кварц с частотой 7,2Мгц. Точная установка частоты производится подбором SMD конденсаторов, подключенными к резонатору, без подстроечных элементов. Для этого на плате предусмотрены соответствующие контактные площадки.
Из конструктивных особенностей отмечу соединение процессорной платы и платы индикатора "разъём в разъём", без проводов. Для этой цели панель для контроллера установлена со стороны печатных проводников, без отверстий.

Фото отчет:

В данной статье мы постараемся ещё раз осветить такие темы, как создание подпрограмм и работа по шине I2C в Bascom.

В качестве примера приведём проект синтезатора высокой частоты для связного приёмника, работающего в диапазоне 10 м (28 - 29,7 МГц).

Сам приёмник выполнен на достаточно популярной микросхеме МС3362. Данная микросхема представляет собой полный приёмный тракт с двойным преобразованием частоты для узкополосной ЧМ связи. Однако нас будет интересовать два независимых узла: первый - смеситель с перестраиваемым варикапом гетеродином и усилителем первой промежуточной частоты (ПЧ) и второй - смеситель с гетеродином, поскольку эти узлы наиболее часто применяются в коротковолновых конструкциях. Следует отметить, что оба гетеродина имеют выходы через эмиттерные повторители, т.е. допускают подключение цифровой шкалы, что в значительной степени облегчает нашу задачу.

Структурная схема МС3362 с нужными нам узлами приведена на Рис.1. Отметим также, что микросхема имеет высокие технические характеристики. Параметры первого смесителя при применении внутреннего гетеродина нормированы до частоты 190 МГц, поэтому мы будем использовать его для построения синтезатора в качестве генератора, управляемого напряжением (ГУН).

Принципиальная схема приёмника приведена на Рис.2. Сигнал с антенны, прошедший диапазонный полосовой фильтр L1, L2, C14-C16, L3, L4 поступает на вход первого смесителя МС3362 вывод 24, второй его вход (вывод 1) соединён с общим проводом по высокой частоте. С выхода первого усилителя промежуточной частоты (УПЧ1) вывод 19 сигнал ПЧ проходит через четырёх - резонаторный лестничный фильтр на частоту 4,33 МГц с полосой пропускания 2,4 КГц. С выхода фильтра сигнал поступает на второй смеситель (вывод 17). На второй вывод этого смесителя (вывод 18) подано напряжение +5В. Частота гетеродина второго смесителя стабилизирована кварцевым резонатором ZQ5 на частоту 4,33 МГц. Поскольку рабочая частота этого генератора должна соответствовать скату характеристики кварцевого фильтра, то её сдвигают вниз от номинального значения катушкой индуктивности L6, включённой последовательно с резонатором.

Напряжение питания +5В подаётся на вывод 6 микросхемы МС3362. Оно стабилизировано микросхемой DA3 (78L05), а микросхема DA2 (LM368) - выходной усилитель звуковой частоты, питается от напряжения +12В.
Частота генератора плавного диапазона (ГПД или ГУН) регулируется подачей напряжения с синтезатора частоты на варикап (вывод 23) и снимается с вывода 20 микросхемы МС3362. Катушки индуктивности - это готовые дроссели со стандартной индуктивностью. Катушки связи наматываются поверх них.
Следует отметить, что использование всех узлов микросхемы МС3362 стандартное и соответствует рекомендациям фирмы - производителя.

В качестве синтезатора частоты выбрана микросхема LM7001, которая предназначена для построения синтезаторов с системой ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты) в бытовых радиоприёмных устройствах. Структурная схема LM7001 представлена на Рис.3.

Выводы Хout и Xin - выход и вход усилителя сигнала образцовой частоты; к этим выводам подключается кварцевый резонатор. СЕ - вход сигнала разрешения записи. CL - вход тактовых импульсов записывания. Data - информационный вход. SC - Syncro Conrol - выход сигнала контрольной частоты 400 КГц. BSout1 - Bsout3 - выходы управления внешними устройствами. С помощью этих сигналов выполняется коммутация диапазонов. AMin и FMin - входы программируемого делителя частоты АМ и FМ сигналов. Pd1 и Pd2 - выходы частотно-фазового детектора в режимах FM и АМ соответственно.

В соответствии с основными техническими характеристиками LM7001 выбираем частотный интервал FMin 5…30 МГц при шаге частотной сетки 10 КГц (при частоте образцового генератора 7200 КГц).

Введение информации происходит последовательно, начиная с младшего бита коэффициента деления частоты программируемого делителя, который может работать в двух режимах АМ и FM . Мы рассмотрим выбранный выше режим - FM. В данном режиме для программирования делителя используются биты D0 - D13. Максимальное значение коэффициента деления 3FFF (16383). Последовательность посылки битов приведена в таблице:

Биты Т0 и Т1 - тестовые, они должны быть всегда установлены в низкий уровень. Биты В0 - В2 и ТВ управляют состоянием выходов BSout1 - Bsout3, и не будут использованы нами. Биты R0 - R2 содержат информацию о шаге сетки. В нашем случае R0=1, R1=R2=0 (шаг = 10 КГц). Бит S определяет режим работы программируемого делителя частоты: 1 - FM, 0 - AM (в нашем случае S=1).
Рассмотрим пример составления управляющей последовательности. Пусть приёмник работает на частоте 28 МГц с промежуточной частотой 4,33 МГц и имеет шаг сетки 10 КГц. Найдем необходимый коэффициент деления частоты. Поскольку гетеродин работает на частоте ниже принимаемой, то его частота равна 28000 - 4330 = 23670 [КГц]. Коэффициент деления будет определён, как: 23670: 10 = 2367 = 93F (hex) =100100111111 (bin).
Таким образом, последовательность битов примет следующий вид:

D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,T0,T1,B0,B1,B2,TB,R0,R1,R2,S
1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0 ,1

Cхема синтезатора частоты радиоприёмника десяти метрового диапазона представлена на Рис.4. Режим работы микросхемы синтезатора LM7001J определяется программой микроконтроллера ATtiny2313. Отображение информации происходит с помощью ЖКИ - индикатора типа МТ-16S2H (фирма - производитель «МЭЛТ»).

Синтезатор управляется шестью кнопками. При включении устройство начинает работать на частоте, заданной начальными условиями программы - это начало диапазона 28 МГц. На экране индикатора отображается надпись: «F =28 000 КГц» . Кнопка S2 позволяет осуществлять сканирование диапазона вверх с шагом сетки 10 КГц с интервалом в одну секунду. Нажатие кнопки S3 - делает тоже, но вниз по диапазону. Кнопки S4, S5 cлужат для увеличения или уменьшения частоты при нажатии только на один шаг сетки. Нажатием кнопки S7 осуществляется запись значения частоты в EEPROM микроконтроллера, а кнопка S6 позволяет считать записанное значение частоты.

Синтезатор DA2 получает информацию о значении частоты по управляющей шине (I2C). ГУН устройства, как было упомянуто выше, выполнен на основе генератора первого смесителя микросхемы МС3362, и сигнал с него подаётся на синтезатор. Активный фильтр, собранный на транзисторах VT1, VT2 обеспечивает изменение напряжения на варикапе ГУН, ликвидируя возникающую разность фаз между частотой ГУН и генератором образцового сигнала микросхемы синтезатора.

Программа микроконтроллера “Sintes” состоит из основного цикла, где осуществляется быстрое сканирование, а также запись и чтение частоты, и подпрограмм обработки внешних прерываний INT0 (Pulse0) и INT1 (Pulse1), с помощью которых осуществляется точная настройка приёмника. Следует отметить, что процесс записи информации в синтезатор выделен в отдельную подпрограмму (Frequenc), поскольку её повторение привело бы к неоправданному увеличению объёма всей программы. Сама подпрограмма декларирована в начале текста: Declare Sub Frequenc. Информация в LM7001 передаётся побайтно: в начале младший байт данных, затем старший, а далее через 1,5 мкс байт управления. Высокий уровень напряжения на PORTB.6 разрешает запись данных в сдвиговый регистр синтезатора (а низкий соответственно запрещает).
Текст программы с подробными комментариями приведён ниже:

$regfile = "attiny2313a.dat" "настройки микроконтроллера
$crystal = 4000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$framesize = 32
$sim

Config Scl = Portb.7 "конфигурирование I2C
Config Sda = Portb.5
Config I2cdelay= 10 ’частота 100 КГц
Config Portb.6 = Output "включ. - выкл. синтезатора
Config Int0 = Falling "по спаду импульса-вверх
Config Int1 = Falling "-вниз
Config Pind.5 = Input "запись в EEPROM
Config Pind.4 = Input "чтение из EEPROM
Config Pind.0 = Input "быстрое сканирование ввех
Config Pind.1 = Input "быстрое сканирование вниз
Config Debounce = 75 "антидребезг

Dim F As Integer "частота КГц
Dim K As Word "коэффициент деления
Dim Kh As Byte "старший байт коэфф. деления
Dim Kl As Byte "младший байт коэфф. деления

Const Up = &B10010000 "байт управления-модуляция FM, шаг=10 КГц
Const St = 10 "шаг - 10 КГц
Const Fp = 4330 "промежуточная частота=4330 KГц

$eeprom "инициализация EEPROM
Freq:
Data 10%

F = 28000 "начальное значение частоты - КГц

Declare Sub Frequenc "опред. подпрог. управления синтезатором

On Int0 Pulse0 "опред. подпрог. внешних прерываний
On Int1 Pulse1

Enable Interrupts "разрешение прерываний
Enable Int0
Enable Int1

Call Frequenc ’вызов подпрограммы управл. синтезатором
Do "основной цикл
If Portd.0 = 0 Then "быстрое сканирование вверх
F = F + 10 " увеличение частоты на 10 КГц
Call Frequenc "вызов подпрог. управления синтезатором
End If

If Portd.1 = 0 Then "быстрое сканирование вниз

Call Frequenc
End If

If Portd.5 = 0 Then "если кнопка PD5 нажата
Writeeeprom F , Freq "записать значение частоты в EEPROM
Waitms 10 "задержка 10 мс
End If

If Portd.4 = 0 Then "если кнопка PD4 нажата
Readeeprom F , Freq "считать значение частоты из EEPROM
Waitms 10
Call Frequenc
End If

Cls
Lcd "F=" ; F ; "KGz" "индикация значения частоты на ЖКИ
Wait 1 "задержка 1 сек
Loop

Sub Frequenc "подпрограмма управлением синтезатором
K = F - Fp "частота гетеродина
K = K / 10 "коэфф. деления частоты
Kl = K And &B0000000011111111 "младший байт коэфф. деления
K = K And &B1111111100000000
Shift K , Right , 8
Kh = K "старший байт коэфф. деления
Set Portb.6 "включение управления синтезатором
I2cstart
I2cwbyte Kl "отсыл младшего байта
I2cwbyte Kh "отсыл старшего байта
Nop "задержка 1,5 мкс
nop
nop
nop
nop
nop
I2cwbyte Up "отсыл байта управления
I2cstop
Reset Portb.6 "выключение управ. синтезатором
End Sub

Pulse0: "точное сканирование вверх
Waitms 75 "задержка 75 мс
F = F + 10 "увеличение частоты на 10 КГц
Call Frequenc "вызов подпрограммы упр. синтезатором
Return

Pulse1: "точное сканирование вниз
Waitms 75
F = F - 10 "уменьшение частоты на 10 КГц
Call Frequenc
Return

End "end program

Программа находится в