Цифровая
шкала / частотомер на процессоре pic16f84(a)
Проанализировав
несколько устройств ЦШ/частотомеров на микроконтроллерах, у меня возникла идея
создать устройство, которое, кроме функций прямого назначения, имело бы
несколько дополнительных функций, упрощающих конструкцию трансивера, в котором
оно будет использоваться. Основа частотомера не является оригинальной и
заимствована из интернета. Несмотря на простоту схемы, устройство обладает
несколько большими возможностями, по сравнению со множеством других подобных
устройств за счет введения четырех многофункциональных клавиш и м/с DD4. Оно
является универсальным и подходит как для КВ, так и для УКВ трансиверов.
Ниже перечислены
возможности данного устройства:
Ø
Значение ПЧ может изменяться пользователем без
применения каких-либо дополнительных устройств. Ввод значения ПЧ осуществляется
с клавиатуры.
Ø
Переключение диапазонов осуществляется через
процессор двумя клавишами. Текущий диапазон сохраняется во внутренней
энергонезависимой (FLASH) памяти и восстанавливается при включении питания.
Ø
Для каждого диапазона предусмотрена индивидуальная
установка режима операций с ПЧ (вычитание или сложение). Например, можно
установить так, чтобы на нижних трех диапазонах ПЧ вычиталась, а на верхних -
прибавлялась.
Ø
Предусмотрена возможность программной калибровки
генератора (осуществляется двумя клавишами). Это позволяет использовать кварцы
с частотой 3,95 - 4,05 МГц. Калибровочная константа сохраняется во внутренней
FLASH памяти.
Ø
Возможность управлять функциями АРУ и АТТ. Текущее
состояние сохраняется при выключении питания. Вместо АРУ и АТТ, можно
обеспечить управление любыми другими функциями (на усмотрение).
Ø
Имеется отдельный программируемый вход, который
выполняет два функциональных значения. В первом случае при подаче на этот вход
“лог.0” или “лог.1” будет выполняться соответственно вычитание или сложение ПЧ
с измеренной частотой. Во втором случае при подаче на этот вход “лог.0”
устройство будет переходить в режим частотомера (или вход РТТ – для УКВ
трансиверов).
Ø
Программное управление частотой обновления индикатора
(от 1 до 20 раз в секунду). Если входная частота не меняется, то индикатор
обновляется только 1 раз в секунду.
Ø
Реализована возможность выбирать режим отображения
измеряемой частоты на индикаторе (КВ / УКВ). Режимы отличаются лишь
перестановкой разрядов на индикаторе: для КВ: "F XX XXX X",
для УКВ: "F XXX
XXX".
Технические характеристики:
Максимальная измеряемая
частота.................30-35 МГц
Время измерения...............................................40
мсек
Разрешение отображения на
индикаторе........100 Гц
Напряжение
питания.........................................9-12 В
Потребляемый
ток.............................................5-10 мА
На рис.1
представлена схема устройства. В качестве процессора использован популярный
среди радиолюбителей микроконтроллер PIC16F84(A). Он имеет 13 каналов
ввода-вывода с индивидуальным управлением, каждый из которых выдерживает
нагрузку до 20 мА. Это позволяет подключать светодиоды АРУ и АТТ
непосредственно к выводам процессора. Все выводы портов подключены через
внутренние защитные диоды к питанию (U+ и GND). Выводы порта В, настроенные на
ввод, подтянуты изнутри к шине питания (U+). Вход TMR имеет
встроенный триггер Шмитта. Цепь R4, C7 обеспечивает задержку сброса контроллера
при включении питания. Если цепь не будет обеспечивать нормальный запуск
процессора, то следует увеличить значение R4 или C7. В
качестве неплохой альтернативы, может быть использован супервизор питания с
активным высоким уровнем (MC34064 или
отечественный КР1171СП42). Импульсы измеряемой частоты подаются на входной
усилитель, выполненный на транзисторе VT1. Для увеличения верхней границы
измеряемой частоты (Fвх max) можно
подобрать R2 и R3 или
собрать более качественный входной усилитель-формирователь, например такой,
который используется в LCF-метре Чиркова и
Ларионова (http://www.picmicro.by.ru), при этом максимальная входная
частота увеличится до 50 МГц (максимальная для PIC). Далее
сигнал идет на вход счетчика (вывод TMR). Время измерения импульсов 40 мс. По
завершению измерения полученное значение делится на 4 и выводиться на
индикатор. Таким образом, достигается более точное показание частоты на индикаторе.
Для отображения частоты использован распространенный ЖКИ – НТ1613 (или НТ1611)
со встроенным контроллером управления. Для нормальной работы необходимо
резистором R8 установить его оптимальное напряжение. Текущий диапазон
устанавливается на выводах десятичного счетчика DD4. Для коммутации ДПФ и
катушек ГУН необходимо к выводам DD4 подключить
электронные ключи. Один из вариантов такого ключа изображен на рис.2.
Этот же ключ можно использовать и для включения АРУ и АТТ.
Резисторы
R9, R10 ограничивают ток светодиодов АРУ и АТТ. Перемычка XS1 переводит
устройство в режим частотомера. Все управление осуществляется при помощи
одного входа и четырех клавиш путем замыкания каждого из них на
"землю". При небольшом желании в данном устройстве путем несложной
доработки можно реализовать функцию часов. Для этого нужно модуль индикатора (DD2) подключить
как показано на рис.3. При включенном питании батарея GB1
подзаряжается, транзистор (КТ315) открыт и на входе НК DD2 установлен
“лог.0” (режим индикатора). При отключенном питании индикатор питается от
батареи GB1, а на входе НК
“лог.1” (режим часов). Светодиод HL1 – любой с падением напряжения 2.2 В, GB1 –
NiCD или NiMH аккумулятор (1.2
В), SB1 – принудительное включение режима часов, SB2 и SB3 – настройка времени.
Светодиод HL1 можно вывести на
панель
управления трансивера как “Power”.
На первый взгляд
настройка устройства может показаться немного сложной. Однако она почти не
требует подключения каких - либо дополнительных приборов и перепайки множество
перемычек. Пользователь может в любое время довольно быстро изменить: значение
ПЧ, выполняемую операцию с ПЧ на каждом диапазоне, количество диапазонов, режим
УКВ или КВ. Итак, после первого запуска устройства, необходимо выполнить
следующее:
1. Настроить генератор.
Подать на вход
эталонную частоту. Перевести устройство в режим калибровки генератора. Для
этого нажать клавиши SA3 + SA4 и
удерживать до тех пор, пока в правом углу символ “F” не заменится на
калибровочную константу. Теперь при нажатии “UP” или “DOWN” будет
происходить соответственно увеличение или уменьшение значения константы, а
следственно и частоты, выводимой на индикатор (реально же происходит
регулировка времени измерения частоты). Серединой значения константы (при
котором частота кварца соответствовала бы ровно 4 МГц) является “128”. Теперь
нужно добиться того, чтобы частота на индикаторе как можно ближе
соответствовала входной частоте. После этого подстроить ее более точно
конденсатором С9. Затем нажать SA3 или SA4
(завершение режима калибровки).
2. Установить функциональное значение входа РТТ (выв 12 DD3).
Для того чтобы этот вход действовал как вход активации
режима частотомера, нужно нажать клавиши “SA3” и “UP” одновременно и удерживать до тех пор, пока на
индикаторе не отобразиться “FS”. При нажатии “SA3” + “DOWN” вход настроится на режим выбора
операции с ПЧ (на индикаторе отобразиться “FP”). При замыкании входа на “землю” ПЧ
из измеренной частоты будет вычитаться, иначе – прибавляться. Этот режим может
использоваться при установке данного устройства в старые трансиверы с
механическим переключателем диапазонов. При активизации данного режима
следующие два пункта настройки (3ий и 4ый) можно пропустить, т.к. выбор
операции сложение или вычитание ПЧ из Fвх будет управляться логическим уровнем на входе (выв
12 DD3).
3. Установить число
диапазонов.
Переключение диапазонов осуществляется клавишами “UP” и “DOWN” соответственно на один диапазон вверх или вниз.
Установить самый верхний используемый диапазон (например, если используется
только 5 диапазонов, то сделать так, чтобы на выводе 10 DD4 присутствовал лог.
1). Для записи нажать “UP” и “DOWN” одновременно и удерживать, пока на индикаторе не
отобразится номер текущего диапазона. Теперь выход за пределы установленного
количества диапазонов происходить не будет. Для разблокировки нажать повторно “UP” + “DOWN”. На индикаторе отобразиться число "10" (номер
максимально возможного диапазона).
4. Установка режима операции с ПЧ на каждом диапазоне
(сложение или вычитание).
Для этого на каждом
из диапазонов нажать и удерживать “UP” или “DOWN”, до тех
пор, пока на индикаторе не отобразиться “D
1” или “D
-1”, соответственно символизирующих о сложении или вычитание ПЧ
из результата измерения. Символ “D” – номер
текущего диапазона.
5. Установить режим
размещения разрядов на индикаторе (для КВ или УКВ).
Переключение режима
осуществляется удерживанием клавиши SA4, пока
разряды на индикаторе не преставятся под соответствующий режим. Разряды будут
меняться с "F XX
XXX X" на "F XXX XXX" и наоборот.
6. Ввести значение
ПЧ.
Весь ввод
осуществляется одной клавишей. ПЧ вводится по одному разряду, начиная с десятка
тысяч и кончая сотнями. Для начала нажать SA3 и
удерживать, пока на индикаторе не отобразятся одни нули. Теперь короткими
нажатиями устанавливаем нужное число, при этом на индикаторе будет перебираться
число от 0 до 9. Для записи разряда удерживать SA3, пока
введенное число не передвинется на один разряд влево. Когда будут введены все
шесть разрядов, ввод ПЧ завершится. Если значение ПЧ пятизначное, то в старший
разряд записывается "0". Например, если ПЧ равняется 8.824 МГц,
необходимо ввести число 08.824.0. Сначала вводится "0", потом
"8", "8", "2", "4", "0".
Если
устройство будет использоваться в УКВ трансиверах, то частоту на вход следует
подавать, предварительно поделив ее на 10, т.к. максимальная частота на входе
счетчика (TMR) ограничена
возможностями встроенным в контроллер предделителем. При этом микросхему DD4
можно не устанавливать, а клавиши не выводить на панель управления, они
потребуются лишь для начальной настройки устройства. В этом режиме клавиши SA3 и SA4 вместо
управления АРУ и АТТ можно задействовать, например, для включения подсветки,
приглушения звука и т.п. На рис.4 представлен возможный вариант печатной платы
(без реализации часов и с микросхемой DD4) и рисунок
разметок для сверления. Плата выполнена из двухстороннего фольгированного
текстолита. Металлизация со стороны деталей используется в качестве общего
провода (GND). Размеры платы
4х4 см. Под микроконтроллер устанавливается панелька.
Файл
PROG.hex содержит
коды для прошивки контроллера. Сама программа находится в файле
Lcd_Dig.asm,
содержит подробные комментарии и для компиляции не требует никаких
дополнительных библиотек. Все возникшие вопросы прошу присылать на:
ra4lch@mail.ru
Аникин Дмитрий, г
Ульяновск (RW4LED)
Август 2003г