ГКЧ из синтезатора на основе DDS AD9835

Рейтинг: 0 / 5

Подробности: Категория: схемы на AVR; Опубликовано: 02.04.2017 14:16; Просмотров: 4344

Понравилась статья - поделись с друзьями

С. КАМИНСКИЙ, г. Киев, Украина
Автор собрал синтезатор частоты, описание которого было опубликовано в нашем журнале (Темерев А. "Синтезатор частоты на микросхеме AD9835";. — Радио, 2010, № 9, с. 57, 58), и предлагает после небольшой модернизации, касающейся в основном программного обеспечения, использовать его как генератор качающейся частоты (ГКЧ) или ВЧ сигнал-генератор.

Сборка упомянутого устройства не вызвала больших затруднений, и оно показало неплохие параметры: на выходе DDS AD9835 (перед ФНЧ) синусоидальный сигнал хорошего качества со стабильной амплитудой в диапазоне от 0.1... 16,5 МГц. Это натолкнуло меня на мысль о возможности использовать этот синтезатор как ГКЧ для исследования АЧХ полосовых фильтров и других устройств, а также как генератор сигналов этого диапазона частот. Если частотомеры и осциллографы промышленного изготовления сравнительно широко распространены и относительно доступны, то с генераторами, а тем более с ГКЧ, дело обстоит хуже.
Поскольку аппаратная часть синтезатора практически полностью подходила для решения этой задачи, было принято решение написать программу для использования этого синтезатора в качестве ГКЧ и генератора. Наличие на сайте журнала "Радио" авторского текста программы ускорило работу — с
некоторыми доработками были использованы подпрограммы управления частотой DDS и ЖК индикатором.
Диапазон рабочих частот синтезатора — 0,15... 16,5 МГц. Снизу он ограничен максимальным шагом перестройки валкодера и сканирования, а также выходным трансформатором, сверху — параметрами микросхемы AD9835. После
подачи питающего напряжения устройство переходит в основное меню (рис. 1) — включается режим сканирования по частоте.

При этом в первой строке ЖКИ выводятся значения центральной частоты диапазона сканирования — 5 МГц (5000000Hz) и шага — 1 кГц (1k), во второй — нижняя (4000000) и верхняя (6000000) частоты сканирования в герцах. Запуск сканирования осуществляют нажатием на кнопку SB4, остановку — нажатием на любую из кнопок. Повторное нажатие на SB4 запускает режим сканирования в обратную сторону. Возможна остановка сканирования сигналом, поступающим на контакт 6 (S-метр) вилки ХР1. Напряжение, при котором произойдёт остановка (до 2,5 В), определяют подстроечным резистором R6. Нажатием на кнопку SB3 устанавливают шаг сканирования: 1, 10, 100 Гц, 1, 10 и 100 кГц.
При нажатии на кнопку SB1 синтезатор переводят в режим ГКЧ. При этом в первой строке ЖКИ отображаются нижняя и верхняя частоты перестройки
(если значения частот восьмизначные, то без пробела), во второй — её шаг (рис. 2).

Ширина полосы делится на 256 — так определяется шаг перестройки. Если при установке полосы перестройки её численное значение не кратно 256, производится вычисление верхней частоты, чтобы ширина стала кратной, но при этом исходная верхняя частота не превышена. Поэтому в режиме ГКЧ при полосе перестройки менее 256 Гц работа прибора некорректна. Выход из этого режима — нажатие на любую кнопку.
Для наблюдения АЧХ к синтезатору следует подключить осциллограф, имеющий вход горизонтальной развёртки (вход X). На контакте 2 разъёма ХР1 формируется последовательность импульсов с переменной скважностью, пропорциональной изменению частоты. Для получения пилообразного напряжения вход X осциллографа подключают к этому контакту через цепь, схема которой показана на рис. 3.

Она интегрирующая и преобразует последовательность импульсов в пилообразное напряжение. Переменным (или подстроечным) резистором R2 устанавливают амплитуду этого напряжения так, чтобы линия развёртки умещалась на экране. Сигнал синтезатора подают на вход исследуемого устройства, выход которого подключают к входу Y осциллографа.

Для примера на рис. 4 показана АЧХ фильтра ФП2П-325 при полосе перестройки частоты от 10,68 МГц до 10,72 МГц.

При нажатии на кнопку SB2 входят в меню настроек (рис. 5). В нём можно установить границы полосы перестройки, скорость перестройки (сканирования) частоты и шаг (изменение шага также доступно и из основного меню). Для режима ГКЧ скорость не регулируется. Кнопкой SB4 переключают верхнюю и нижнюю частоты, а изменяют их значение валкодером. При этом можно оперативно изменять шаг валкодера нажатием на кнопку SB3. Нажатием на SB2 изменяют время перестройки
с шагом 0,1 с от 0,1 до 1 с (по умолчанию установлена 1 с). Нажатием на SB1 осуществляют выход из основного меню с одновременной записью в EEPROM микроконтроллера установленных частот; скорость и шаг перестройки не сохраняются.
Кроме того, в EEPROM микроконтроллера хранятся, начиная с адреса 0x10, минимальная рабочая частота (но не менее 100,001 кГц), минимальная частота диапазона (устанавливают в меню настроек), максимальная рабочая частота прибора (не более 16,777215 МГц), максимальная частота диапазона (устанавливают в меню настроек), средняя частота (определяется как среднее арифметическое от минимальной и максимальной частот диапазона) и константа образцового генератора (0x83126Е).
В представленной программе константа соответствует частоте образцового генератора 50 МГц. Реальная частота может быть другой, например, в моём генераторе она оказалась 49999670 Гц. Для повышения точности установки частоты синтезатора следует измерить частоту Fген генератора G1 с точностью не хуже 10 Гц и вычислить константу образцового генератора по формуле const = (4294967295/Fген)-100000, отбросить знаки после запятой и перевести результат в шестнадцатеричный вид. Например, если Fгeн = 49999670 Гц, то const = 4294967295/49999670 = = 85,89991283942-100000 = = 8589991,283942 - 0,283942 = 8589991,
и в шестнадцатеричном виде const = 8312A7. Все вычисления можно провести "Калькулятором", имеющимся в операционной системе Windows.
Рассчитанную константу следует занести в файл *.еер и затем в EEPROM микроконтроллера. Отредактировать файл можно редактором, имеющимся в свободно распространяемом ChlpBlasterAVR или в каком-либо другом, корректно работающем с файлами *.еер. Заменяют значения байтов константы, которые находятся по адресам 0x1 F, 0x20, 0x21. Причём в большинстве случаев придётся изменить только третий байт, значения первого и второго (8312), скорее всего, не изменятся. Замена значения константы позволит повысить точность установки частоты до 1 Гц на верхней частоте диапазона рабочих частот.
Содержание файла *.еер по адресам:
— 0x10, 0x11, 0x12 — минимальная частота работы прибора (150000 Гц);
— 0x13, 0x14, 0x15 — минимальная частота диапазона (изменяется при выходе из меню настроек);
— 0x16, 0x17, 0x18 — максимальная частота работы прибора (16500000 Гц);
— 0x19, 0x1 А, 0x1 В — максимальная частота диапазона (изменяется при выходе из меню настроек);
— 0x1 С, 0x1D, 0x1 Е — средняя частота (изменяется при выходе из меню настроек);
— 0x1 F, 0x20, 0x21 — константа образцового генератора.
Номиналы элементов цепи, показанной на рис. 3, подобраны для использования совместно с осциллографом С1-65А. Можно применить резисторы любого типа, конденсатор — К10-17. Для увеличения амплитуды пилообразного напряжения следует установить резистор R2 сопротивлением 10...22 кОм. При этом, возможно, потребуется подборка конденсатора С1. Его ёмкость должна быть такой, чтобы на пилообразном напряжении не оказалось "ступенек", а спад был как можно круче.
Поскольку частота среза ФНЧ на выходе синтезатора (C16L3C17L4C18) около 8 МГц, этой частотой и будет ограничен сверху диапазон рабочих частот. Для его расширения до 16 МГц ёмкость конденсаторов С16—С18 и индуктивность катушек L3, L4 следует уменьшить в полтора раза. Для более удобного наблюдения АЧХ исследуемого устройства на экране осциллографа можно применить амплитудный детектор, вход которого подключают к выходу этого устройства, а выход — ко входу Y осциллографа.Программа для микро контроллера ГКЧ скачать.
От редакции. Программа для микро контроллера ГКЧ находится на нашем FТР-сервере по адресу <ftp://ftp.radio.ru/ pub/2012/04/prog.zip>.
Радио №4 2012