PIC16F84A および AD9850 のジェネレータ。スキーム、説明

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PIC16F84A および AD9850 のジェネレーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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キーボードを使用して必要な周波数値を設定する測定発生器は、このジャーナルの読者には知られています (たとえば、Radio、2002、No. 7 の A. Piskaev による記事「周波数計 - 発生器 - クロック」を参照) 、31、32ページ）。一般に、これらのデバイスはマイクロコントローラー上で作成され、生成される周波数の範囲は数メガヘルツに制限されており、正確な周波数値を取得することは不可能です。この記事で説明されているジェネレーターにはマイクロコントローラーも含まれていますが、これは特殊なマイクロ回路である AD9850 周波数シンセサイザーを制御するためにのみ使用されます。この超小型回路の使用により、生成される周波数の範囲を 60 ヘルツの何分の 1 から XNUMX MHz まで拡張することが可能になり、その範囲内ではあらゆる周波数値を XNUMX Hz の精度で取得できます。

提案された発振器は、アナログ・デバイセズの AD9850 チップをベースにしており、コンパレータを内蔵した完全な DDS (ダイレクト・デジタル・シンセシス) 周波数シンセサイザです。このようなシンセサイザーはその精度が独特で、実際には温度ドリフトや経年変化の影響を受けません (アナログデバイスに固有の不安定性がある唯一の要素はデジタル - アナログコンバーターです)。 DDS シンセサイザーはその高い技術的特性により、最近では従来のアナログ周波数シンセサイザーに取って代わりました。その主な利点は、デジタル制御される非常に高い周波数と位相分解能です。デジタルインターフェースによりマイコン制御が簡単に実現できます。直接デジタル周波数合成の原理のより詳細な説明は、たとえば [1] に記載されています。

AD9850シンセサイザーのブロック図を図1に示します。

（クリックして拡大）

その基礎は、出力信号の瞬時位相のコードを形成する位相アキュムレータです。このコードは正弦波信号のデジタル値に変換され、DAC を使用してアナログに変換され、フィルター処理されます。コンパレータは方形波出力信号を生成します。その周波数 fout (ヘルツ単位) は、式 fout = Δfin/232 によって決定されます。ここで、fin はクロック周波数 Hz です。 Δ - 32 ビットの周波数コード値。 fout の最大値はクロック周波数の半分を超えることはできません。

AD9850の主な仕様（電源電圧5V時）

クロックジェネレータ周波数、MHz......1...125
最大消費電流 (fin = 125 MHz 時)、mA......96
DACのビット数......10
DAC の最大出力電流 (Rset = 3,9kΩ で)、mA ...10,24
最大積分非直線性 DAC、MZR......1
コンパレータ出力電圧、V:
最小高レベル...4,8
最大低レベル ...0,4

AD9850 は、データをダウンロードするためのパラレルインターフェイスとシリアルインターフェイスの両方を提供します。後者の場合、データ (40 ビットのワード) は入力 D7 を介して入力されます。各データビットには、クロック入力 W_CLK での正極性のパルスが伴います。 FQ_UD 入力での正極性のパルスによって制御ワードがロードされた後、生成パラメータは新しいパラメータに置き換えられます。制御ワードのビットの割り当てを表に示します。 1.

PIC16F84AおよびAD9850のジェネレータ

発電機の概略図を図に示します。 2. シンセサイザー DD2 マイクロコントローラー DD1 を管理します。

（クリックして拡大）

SB1 ～ SB16 キーボードをポーリングし、HG1 LCD インジケーターに情報を表示し、周波数コード値を計算して、シリアルインターフェイスを介して DD2 シンセサイザーに送信します。サウンドエミッタ HA1 は、キーボードのボタンが押されたことを確認するために使用されます。チップ AD9850 (DD2) は標準付属品として使用されます [2]。 DAC の出力で、Z1 フィルターがオンになります。フィルターの後、正弦波信号が XW2 ソケットと DD2 チップのコンパレーターの入力 (ピン 16) に供給されます。後者の出力から、方形信号が XW1 ソケットに供給されます。 G1 水晶発振器は DDS のクロックジェネレーターとして使用されます。トリマー抵抗器 R7 は、インジケータ HG1 上の画像のコントラストを調整します。

マイクロコントローラをリセットすると、HG1 LCD インジケータは 4 ビットバス交換モードに設定されます。これは、情報の書き込みに必要な I/O ラインの数を減らすために必要です。

ジェネレーターは、ボタン SB1 ～ SB16 で構成されるキーボードを使用して制御されます。すべてのポート B の入力ラインは抵抗を介して電源に接続されているため、RB4 ～ RB7 ポートを電源ラインに「プルアップ」するための外部抵抗は必要ありません。抵抗 R3 ～ R6 は、複数のボタンが誤って同時に押されたときの過負荷からマイクロコントローラーの出力を保護します。

必要な周波数をキーボードから設定します。これを行うには、対応する番号のボタンを押して、希望の値 (ヘルツ単位) を入力し、「*」ボタンを押します。周波数が最大許容値を超えていない場合は、インジケーターに「OK」というメッセージが短時間表示され、発電機は動作モードに入ります。許容最大値を超えている場合は、「エラー」というメッセージが表示されます。この場合、「C」（「リセット」）ボタンを押して、正しい値を再入力する必要があります。周波数を入力するプロセスでエラーが発生した場合も同様です。このボタンを XNUMX 回押すと、デバイスは以前に設定された周波数値で動作モードになります。

動作モードでは、インジケーターの右端にあるアスタリスク記号が点滅します。現在の周波数値を外部制御装置（コンピュータなど）から入力した場合は、「*」ボタンを押すだけでインジケーターに表示されている周波数に戻ります。

「U」（上 - 上）および「D」（下 - 下）ボタンを使用すると、ジェネレーターの出力周波数を段階的に変更でき、小数点以下の値をそれぞれ XNUMX つずつ増加または減少させることができます。「L」（左 - 左）および「R」（右 - 右）ボタンでカーソルを移動して、希望の小数点以下の桁を選択します。

「＊」ボタンを押すと、周波数値とカーソル位置がマイコンの不揮発性メモリに保存され、次回電源投入時に中断した動作モードが自動的に復帰します。

マイクロコントローラーの計算能力には限界があるため、出力周波数値は約 1 Hz の精度で設定されますが、これはほとんどの場合に十分です。シンセサイザーの可能性を最大限に発揮するために、PCを使用してシンセサイザーをコントロールすることができます。これを行うには、ノードを追加してジェネレーターを変更する必要があります。その図を図に示します。 3. PC (またはその他の制御装置) がソケット XS1 に接続されています。アドレス入力 A のロー論理レベルでは、DD3 チップのマルチプレクサはシンセサイザ制御入力を DD1 マイクロコントローラに接続し、ハイ論理レベルでは外部デバイスに接続します。制御信号は XS1 ソケットの「ENABLE」接点を介して受信されます。制御デバイスが接続されていない場合、抵抗 R19 はアドレス入力 DD3 に低論理レベルを提供します。

PIC16F84AおよびAD9850のジェネレータ

ジェネレーターはブレッドボード上で組み立てられ、テストされます。 DD2 マイクロ回路用の SSOP パッケージ用のボードを購入できない場合は、直径 10 mm の短い (長さ 15 ～ 0,2 mm) 錫メッキ線を使用して、出力を対応するパッドに接続できます。結論 1,2,5,10,19、24、26,27、28、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX は、XNUMX つのセグメントがより長い共通ワイヤに接続されています。

LCDインジケータHG1 - ITM1601（16文字1行、コントローラ内蔵）。 HA5 - 1 V の電圧向けに設計された、ジェネレーターを内蔵した任意の圧電サウンドエミッター。クロックジェネレーター (G125) として、最大 XNUMX MHz の周波数の水晶発振器のマイクロアセンブリを使用できます。クォーツ安定化機能を備えた同様のユニットを個別の要素で使用することは許可されます。

マイクロコントローラの制御プログラムは、クロックジェネレータの周波数に依存します。

最も一般的な値の「ファームウェア」

周波数32MHzの発電機のプログラムコードを表に示します。 2。

（クリックして拡大）

マイクロコントローラーをプログラミングする場合、次のビット値がコンフィギュレーションワードに設定されます: 発振器タイプ (OSC) - RC、ウォッチドッグタイマー (WDT) - 無効、電源投入後遅延 (PWRTE) - 有効。

文学

Ridiko L. DDS: 直接デジタル周波数合成。 - コンポーネントとテクノロジー、2001 年、No. 7、p. 50-54。
AD9850コンプリートDDSシンセサイザー。 - 。

著者: S.クレショフ、クルガン

他の記事も見る セクションマイクロコントローラー.

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